14.2: Невідновлювані джерела енергії

Рідке викопне паливо: Нафта

Тридцять сім відсотків світового споживання енергії та 43 відсотки споживання енергії Сполученими Штатами припадає на нафту. Велика частина видобутку нафти припадає на регіон Перської затоки. Вчені та політики часто обговорюють питання про те, коли світ досягне піку видобутку нафти, і в цьому рівнянні є багато змінних, але, як правило, вважається, що пік нафти буде досягнутий до середини 21 століття. В даний час світові запаси становлять 1,3 трлн барелів, або 45 років залишилося на поточному рівні видобутку, але ми можемо скоротити видобуток, оскільки поставки низькі.

Вплив видобутку та переробки нафти на навколишнє середовище

Нафта зазвичай знаходиться на один-дві милі (1,6 — 3,2 км) нижче поверхні. Нафтопереробні заводи розділяють суміш сирої нафти на різні типи для газу, дизельного палива, смоли та асфальту. Для пошуку і видобутку нафти робітники повинні бурити глибоко нижче океанічного дна. Оскільки Сполучені Штати намагаються видобувати більше нафти з власних ресурсів, ми буріння ще глибше в землю і збільшуємо екологічні ризики.

Найбільший розлив нафти в США на сьогоднішній день почався в квітні 2010 року, коли на нафтовій вишці Deepwater Horizon стався вибух, загинув 11 співробітників і розлив майже 200 мільйонів галонів нафти, перш ніж витік може бути зупинений. Негативно вплинули дика природа, екосистеми та засоби до існування людей. Багато грошей і величезна кількість енергії і відходів були витрачені на негайні зусилля з очищення. Довгострокові наслідки досі не відомі. Національна комісія з питань розливу нафти Deepwater Horizon та морського буріння була створена для вивчення того, що пішло не так.

Після того, як олія знайдена і витягнута, її необхідно рафіновувати. Переробка нафти є одним з головних джерел забруднення повітря в США летючими органічними вуглеводнями та токсичними викидами, а також єдиним найбільшим джерелом канцерогенного бензолу. Коли нафту спалюють як бензин або дизель, або виробляють електрику або для живлення котлів на тепло, він виробляє ряд викидів, які згубно впливають на навколишнє середовище і здоров'я людини:

• Вуглекислий газ (\(\ce{CO2}\)) є парниковим газом і джерелом зміни клімату.
• Діоксид сірки (\(\ce{SO2}\)) спричиняє кислотні дощі, які пошкоджують рослини та тварини, що живуть у воді, і збільшує або викликає респіраторні захворювання та захворювання серця, особливо у вразливих груп населення, таких як діти та люди похилого віку.
• Оксиди азоту (\(\ce{NOx}\)) та летючі органічні вуглеці (ЛОС) сприяють озону на рівні землі, який є подразником і спричиняє пошкодження легенів.
• Тверді частинки (PM) створює туманні умови в містах та мальовничих районах, а також поєднується з озоном, щоб сприяти астмі та хронічному бронхіту, особливо у дітей та людей похилого віку. Дуже маленький, або «тонкий PM», також вважається, що проникає в дихальну систему глибше і викликає емфізему та рак легенів.
• Свинець може мати серйозні наслідки для здоров'я, особливо для дітей.
• Повітряні токсини відомі або ймовірні канцерогени.

Є й інші вітчизняні джерела рідкого викопного палива, які розглядаються як звичайні ресурси і виснажуються. До них відносяться грунтові піски/дегтярні піски — поклади вологого піску та глини з 1-2 відсотками бітуму (густий і важкий нафтовий, багатий вуглецем і бідний воднем). Вони видаляються смуговим видобутком (див. Розділ вище про вугілля). Іншим джерелом є сланці нафти на заході Сполучених Штатів, які є осадовими породами, наповненими органічними речовинами, які можуть бути перероблені для отримання рідкої нафти. Крім того, видобуті смуговими шахтами або підземними шахтами, сланці можуть спалюватися безпосередньо, як вугілля, або запікати у присутності водню для видобутку рідкої нафти. Однак чисті енергетичні цінності низькі, і їх дорого видобувати та обробляти. Обидва ці ресурси мають серйозний вплив на навколишнє середовище внаслідок видобутку смуг, вуглекислого газу, метану та інших забруднювачів повітря, подібних до інших викопних видів палива.

Тверде викопне паливо: вугілля

Вугілля походить з органічної речовини, яка була стиснута під високим тиском, щоб стати щільною, твердою вуглецевою структурою протягом тисячо-мільйонів років. Завдяки своїй відносно низькій вартості та достатку вугілля використовується для вироблення приблизно половини електроенергії, споживаної в США. Вугілля є найбільшим внутрішнім джерелом енергії. Рисунок Історичний видобуток вугілля в США показує, як видобуток вугілля подвоївся в США за останні шістдесят років. Поточні світові запаси оцінюються в 826 000 мільйонів тонн, причому майже 30 відсотків - у Сполучених Штатах. Це великий паливний ресурс, який США контролюють всередині країни.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Історичний графік видобутку вугілля в США показує видобуток вугілля в США з 1950-2010 рр. Джерело: Управління енергетичної інформації США

Вугілля рясне і недороге, якщо дивитися лише на ринкову вартість відносно вартості інших джерел електроенергії, але його видобуток, транспортування та використання виробляє безліч впливів на навколишнє середовище, які ринкова вартість насправді не представляє. Вугілля виділяє діоксид сірки, оксид азоту та ртуть, які були пов'язані з кислотними дощами, смогом та проблемами зі здоров'ям. Спалювання вугілля виділяє більшу кількість вуглекислого газу на одиницю енергії, ніж при використанні нафти або природного газу. Вугілля становило 35 відсотків від загального обсягу викидів вуглекислого газу США, що виділяється в атмосферу Землі в 2010 році. Зола, що утворюється при згорянні, сприяє забрудненню води. Деякі видобуток вугілля негативно впливає на екосистеми та якість води, змінює ландшафти та мальовничі краєвиди. Існують також значні наслідки для здоров'я та ризики для шахтарів та тих, хто живе поблизу вугільних шахт.

Традиційний підземний видобуток є ризикованим для працівників шахт через ризик захоплення або смерті. За останні 15 років Адміністрація з безпеки та охорони здоров'я шахт США опублікувала кількість загиблих працівників шахт, і вона варіювалася від 18-48 на рік.

Двадцять дев'ять шахтарів загинули 6 квітня 2010 року в результаті вибуху на вугільній шахті Верхньої великої гілки в Західній Вірджинії, що сприяло зростанню смертей між 2009 і 2010 роками. В інших країнах, з меншими правилами безпеки, нещасні випадки трапляються частіше. Наприклад, у травні 2011 року три людини загинули, а 11 потрапили в пастку у вугільній шахті в Мексиці протягом декількох днів. Також існує ризик отримати чорну хворобу легенів (пневмоконіоз). Це захворювання легенів, викликане вдиханням вугільного пилу протягом тривалого періоду часу. Він викликає кашель і задишку. Якщо вплив припинено, результат хороший. Однак ускладнена форма може викликати задишку, яка посилюється.

Гірничодобувна промисловість (MTM), хоча і менш небезпечна для робітників, особливо згубно впливає на земельні ресурси. MTM - це практика поверхневого видобутку, яка передбачає видалення гірських вершин для оголення вугільних пластів та утилізації пов'язаних з ними відходів видобутку корисних копалин у сусідніх долині - «долині заливки».

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Видобуток вугілля на вершині гори в окрузі Мартін, штат Кентуккі Фотографія показує гірське видалення вугілля видобуток в окрузі Мартін, штат Кенту Джерело: Flashdark.

Нижче наведено кілька прикладів впливу MTM:

• збільшення мінералів у воді, які негативно впливають на риб та макробезхребетних, що призводить до менш різноманітних та більш стійких до забруднень видів
• потоки іноді покриваються мулом від видобутку
• повторне зростання дерев і деревних рослин на переградованої землі може сповільнюватися через ущільнених грунтів
• впливає на різноманітність видів птахів та амфібій у цій місцевості, оскільки екосистема змінюється з лісистих районів на інші
• можуть виникнути соціальні, економічні проблеми та проблеми спадщини, створені втратою лісистих земель, які, можливо, мали важливе значення для традицій та економіки району

Газоподібне викопне паливо: природний газ

Природний газ задовольняє 20 відсотків світових енергетичних потреб і 25 відсотків потреб Сполучених Штатів. Природний газ в основному складається з метану, найкоротшого вуглеводню (\(\ce{CH4}\)), і є дуже потужним парниковим газом. Існує два види природного газу. Біогенний газ знаходиться на невеликій глибині і виникає внаслідок анаеробного розпаду органічної речовини бактеріями, як звалищний газ. Термогенний газ надходить від стиснення органічних речовин і глибокого тепла під землею. Вони знаходяться з нафтою в пластових породах і з родовищами вугілля, і ці викопне паливо видобуваються разом.

Метан викидається в атмосферу з вугільних шахт, нафтових і газових свердловин, резервуарів для зберігання природного газу, трубопроводів і переробних заводів. Ці витоки є джерелом близько 25 відсотків загальних викидів метану в США, що становить три відсотки від загального обсягу викидів парникових газів в США. Коли природний газ видобувається, але не може бути захоплений та транспортований економічно, він «спалюється» або спалюється на ділянках свердловин. Це вважається безпечнішим і кращим, ніж викид метану в атмосферу, оскільки\(\ce{CO2}\) є менш потужним парниковим газом, ніж метан.

В останні кілька років виявлено новий запас природного газу - сланцеві ресурси. Сполучені Штати володіють 2,552 трлн кубічних футів (Tcf) (72,27 трлн кубічних метрів) потенційних ресурсів природного газу, при цьому сланцеві ресурси становлять 827 Tcf (23,42 тис. куб. м). Зі зростанням цін на газ стало економічніше видобувати газ із сланців. Рисунок Постачання природного газу США, 1990-2035 рр., показує минуле та прогнозоване видобуток природного газу в США та різні джерела. Нинішніх запасів вистачає, щоб протриматися близько 110 років при темпі споживання США в 2009 році (близько 22,8 Tcf на рік -645,7 млрд куб. м на рік).

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Постачання природного газу США, 1990-2035 Графік показує історичне та прогнозоване видобуток природного газу в США з різних джерел. Джерело: Управління енергетичної інформації США

Природний газ є кращим джерелом енергії при врахуванні його впливу на навколишнє середовище. Зокрема, при спалюванні опускається набагато менше вуглекислого газу (\(\ce{CO2}\)), оксидів азоту та діоксиду сірки, ніж при згорянні вугілля або нафти. Він також не виробляє золи або токсичних викидів.

Вплив розвідки, буріння та видобутку на навколишнє середовище

Земельні ресурси впливають, коли геологи досліджують родовища природного газу на суші, оскільки транспортні засоби порушують рослинність і ґрунти. Розчищення доріг, будівництво трубопроводів та бурових майданчиків також впливають на природні місця проживання шляхом очищення та копання. Видобуток природного газу також може призвести до виробництва великих обсягів забрудненої води. Цю воду потрібно належним чином обробляти, зберігати та обробляти, щоб вона не забруднювала землю та водопостачання. Видобуток сланцевого газу є більш проблематичним, ніж традиційні джерела через процес на прізвисько фрекінг або гідророзрив свердловин, так як вимагає великої кількості води (див. Малюнок нижче). Техніка використовує рідини високого тиску для руйнування нормально твердих сланцевих відкладень та випуску газу та нафти, захоплених всередині породи. Щоб сприяти витоку газу з гірської породи, дрібні частинки твердих речовин включаються в рідини для розриву пласта, щоб осідати в сланцеві тріщини і тримати їх відкритими після розгерметизації рідин. Значне використання води може вплинути на доступність води для інших цілей у деяких регіонах, і це може вплинути на водні середовища існування. При неправильному управлінні рідина гідравлічного розриву може виділятися розливами, витоками або різними іншими шляхами впливу. Рідина містить потенційно небезпечні хімічні речовини, такі як соляна кислота, глутаральдегід, нафтовий дистилят та етиленгліколь. Ризики фрекінгу були висвітлені в популярній культурі в документальному фільмі «Гасланд» (2010).

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Графічно ілюструє процес гідророзриву пласта. Джерело: Аль Гранберг, ProPublica.

Fracking також виробляє велику кількість стічних вод, які можуть містити розчинені хімічні речовини з гідравлічної рідини та інші забруднюючі речовини, які потребують очищення перед утилізацією або повторним використанням. Через кількість використовуваної води та складнощі, притаманні обробці деяких компонентів стічних вод, очищення та утилізація є важливим і складним питанням.

Сирий газ зі свердловини може містити багато інших сполук, крім метану, який шукають, включаючи сірководень, дуже токсичний газ. Природний газ з високими концентраціями сірководню зазвичай розпалюється, який виробляє CO ₂, окис вуглецю, діоксид сірки, оксиди азоту та багато інших сполук. Свердловини та трубопроводи природного газу часто мають двигуни для роботи обладнання та компресорів, які виробляють додаткові забруднювачі повітря та шум.

Внесок вугілля та газу у виробництво електроенергії

В даний час викопним паливом, що використовується для виробництва електроенергії, переважно є вугілля (45 відсотків) та газ (23 відсотки); на нафту припадає приблизно 1 відсоток. Вугільна електроенергія веде свій початок до початку 20 століття, коли це було природним паливом для парових двигунів, враховуючи його велику кількість, високу щільність енергії та низьку вартість. Газ є пізнішим доповненням до суміші викопної електроенергії, що надходить у значних кількостях після Другої світової війни та з найбільшим зростанням з 1990 року. З двох видів палива вугілля виділяє майже вдвічі більше вуглекислого газу, як газ для однакової теплової потужності, що робить його значно більшим фактором глобального потепління та зміни клімату.

Майбутнє газу та вугілля

Майбутній розвиток вугілля та газу залежить від ступеня громадської та регуляторної стурбованості щодо викидів вуглецю, а також відносної ціни та пропозиції двох видів палива. Постачання вугілля в США є достатком, а транспортний ланцюг від шахт до електростанцій добре налагоджена багаторічним досвідом. Первинним невідомим фактором є ступінь громадського та регуляторного тиску, який буде чинити на викиди вуглецю. Сильний регуляторний тиск на викиди вуглецю сприятиме звільненню вугілля та додаванню газових електростанцій. Ця тенденція посилюється недавнім різким розширенням запасів сланцевого газу в США за рахунок прогресу в горизонтальному бурінні та гідравлічному розриві родовищ сланцевого газу. Видобуток сланцевого газу збільшувався на 48 відсотків щорічно в 2006-2010 роках, при цьому очікується більше зростання. Більший видобуток сланцевого газу в США поступово зменшить імпорт і в кінцевому підсумку може зробити США нетто-експортером природного газу.

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Глобальний цикл вуглецю, 1990-ті роки Глобальний вуглецевий цикл для 1990-х років, показуючи основні річні потоки в GtC yr-1: доіндустріальні «природні» потоки в чорному кольорі та «антропогенні» потоки в червоному кольорі. Джерело: Зміна клімату 2007: Основа фізичної науки: внесок Робочої групи I до Четвертого звіту про оцінку Міжурядової групи з питань зміни клімату, Cambridge University Press, малюнок 7.3

Окрім тенденції від вугілля до газу для виробництва електроенергії, існує необхідність мати справу з викидами вуглецю від викопного виробництва електроенергії. На малюнку вище показаний розмір цих викидів порівняно з природними потоками між океаном та атмосферою та рослинністю та землекористуванням. Антропогенні потоки для порівняння невеликі, але мають великий вплив на концентрацію вуглекислого газу в атмосфері. Причина - поетапна динаміка вуглецевого циклу. Кінцевим сховищем для зберігання викидів вуглецю є глибокий океан, з великою здатністю поглинати відносно невеликий потік від спалювання викопного палива. Перехід в глибокий океан, однак, відбувається в три етапи: спочатку в атмосферу, потім в мілководний океан, і, нарешті, до глибокого океану. Вузьким місцем є повільний перенесення вуглекислого газу з неглибокого океану в глибокий океан, керований великою океанською конвеєрною стрічкою або термохалінної циркуляцією, проілюстрованою на малюнку нижче. Велика океанська конвеєрна стрічка займає 400 - 1000 років, щоб завершити один цикл. Поки вуглекислий газ чекає транспортування до глибокого океану, він насичує мілководний океан і «резервує» в атмосфері, викликаючи глобальне потепління та загрозливі зміни клімату. Якщо викиди вуглецю повинні бути захоплені та збережені (або «секвестровані»), вони повинні потрапляти в пастку протягом тисяч років, поки атмосфера пристосовується до минулих та майбутніх викидів вуглецю.

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Конвеєрна стрічка Великого океану Велика океанська конвеєрна стрічка (або термохалінний струм) посилає теплі поверхневі течії від Тихого до Атлантичного океану та холодні глибокі течії у зворотному напрямку. Конвеєрна стрічка відповідає за транспортування розчиненого вуглекислого газу з відносно невеликого резервуара мілководного океану в набагато більший резервуар глибокого океану. Для завершення одного циклу потрібно 400 - 1000 років. Джерело: Аргоннська національна лабораторія

Секвестрація вуглекислого газу в підземних геологічних утвореннях - це один процес, який, в принципі, має здатність обробляти викиди вуглецю викопного палива, інша хімічна реакція вуглекислого газу до стабільної твердої форми. Для секвестрації існують фундаментальні проблеми, які необхідно зрозуміти та вирішити, перш ніж процес може бути реалізований у широкому масштабі.

Хімічні реакції та шляхи міграції через пористі породи, в яких вуглекислий газ зберігається під землею, значною мірою невідомі. Залежно від гірського середовища, можуть утворюватися стабільні тверді сполуки, які ефективно видаляють секвестрований вуглекислий газ із навколишнього середовища. Крім того, він може залишатися вуглекислим газом або перетворитися на мобільний вид і мігрувати на великі відстані, нарешті знайшовши шлях втечі до атмосфери, де він може відновити свій внесок у потепління теплиць або завдати нової шкоди навколишньому середовищу. Вимога щодо довгострокового секвестрації є суворим: рівень витоку в 1 відсоток означає, що весь вуглекислий газ, секвестрований у перший рік, витікає через століття, мить ока на часовому масштабі зміни клімату.

Атомна енергетика

Атомні електростанції не виробляють вуглекислого газу і тому часто вважаються альтернативним паливом, коли головною проблемою є зміна клімату. В даний час світове виробництво становить близько 19,1 трлн кВт·год, при цьому Сполучені Штати виробляють і споживають близько 22 відсотків цього. Атомна енергія забезпечує близько дев'яти відсотків нашого загального споживання електроенергії (див. Малюнок нижче).

Однак існують екологічні проблеми з атомною енергетикою. Видобуток та переробка уранової руди та виготовлення реакторного палива вимагає великої кількості енергії. Самі рослини виготовлені з металу та бетону, для виготовлення яких також потрібна енергія. Основною екологічною проблемою для атомної енергетики є відходи, включаючи хвости уранових заводів, відпрацьоване (відпрацьоване) реакторне паливо та інші радіоактивні відходи. Ці матеріали мають тривалий радіоактивний період напіврозпаду і, таким чином, залишаються загрозою для здоров'я людини протягом тисячоліть. Комісія з ядерного регулювання США регулює роботу атомних електростанцій та обробку, транспортування, зберігання та захоронення радіоактивних матеріалів для захисту здоров'я людей та навколишнього середовища.

За обсягом хвости уранових млинів є найбільшими відходами, і вони містять радіоактивний елемент радій, який розпадається з утворенням радону, радіоактивного газу. Ці відходи розміщуються поблизу переробного підприємства або млина, звідки вони надходять, і покриваються бар'єром з такого матеріалу, як глина, щоб запобігти виходу радону в атмосферу, а потім шаром ґрунту, гірських порід або інших матеріалів для запобігання ерозії ущільнювального бар'єру.

Радіоактивні відходи високого рівня складаються з відпрацьованого ядерного реакторного палива. Це паливо знаходиться в твердій формі, що складається з невеликих паливних гранул в довгих металевих трубках, і його слід зберігати та обробляти з багаторазовою оболонкою, спочатку охолодженою водою, а пізніше в спеціальних відкритих бетонних або сталевих контейнерах, які охолоджуються повітрям. Довгострокового зберігання цього палива в Сполучених Штатах немає.

Існує багато інших нормативних заходів, що регулюють надання дозволів, будівництво, експлуатацію та зняття з експлуатації атомних електростанцій через ризики від неконтрольованої ядерної реакції. Потенціал забруднення повітря, води та їжі високий, якщо відбудеться неконтрольована реакція. Навіть при плануванні найгірших сценаріїв завжди є ризики несподіваних подій. Наприклад, землетрус у березні 2011 року та подальше цунамі, яке вразило Японію, призвели до краху реактора на атомній електростанції Фукусіма Даіічі, що завдало величезної шкоди навколишній території.

Примітка

АЕС Фукусіма-Дайічі

• Березень 11, 2011: Землетрус магнітудою 9.0 в 231 милі на північний схід від Менш ніж через 1 годину - 14-метровий цунамі
• 50 співробітників електростанції працювали цілодобово, щоб спробувати стабілізувати ситуацію

Ядерні реактори США мають судини стримування, які призначені для протистояння екстремальним погодним явищам та землетрусам. Однак після інциденту в Японії вони переглядають свої об'єкти, політику та процедури.

Рисунок\(\PageIndex{7}\): Споживання енергії в США джерелом енергії, 2009 Відновлювана енергія становить 8% споживання енергії в США. Джерело: Управління енергетичної інформації США

Обговорення ядерної енергетики

З точки зору сталого розвитку ядерна електроенергія представляє цікаву дилему. З одного боку, ядерна електроенергія не виробляє викидів вуглецю, що є головною стійкою перевагою у світі, що стикається з глобальним потеплінням людини та потенційними змінами клімату. З іншого боку, ядерна електроенергія виробляє відпрацьоване паливо, яке повинно зберігатися поза навколишнім середовищем протягом десятків або сотень тисяч років, вона виробляє бомбовий плутоній та уран, які можуть бути перенаправлені терористами чи іншими особами для знищення міст та отруєння навколишнього середовища, і це загрожує природному і вбудоване середовище через випадкові витоки довгоживучого випромінювання. Вдумливі вчені, політики та громадяни повинні зважити користь цього джерела безвуглецевої електроенергії з екологічним ризиком зберігання відпрацьованого палива протягом тисяч або сотень тисяч років, суспільним ризиком розповсюдження ядерної зброї та наслідком випадкових викидів радіації від діючих реакторів. Існує дуже мало прикладів того, як люди мають силу постійно змінювати динаміку землі. Одним із прикладів є глобальне потепління і зміна клімату від викидів вуглецю, а радіація від вибуху достатньої кількості ядерної зброї - інший. Ядерна електроенергія зачіпає обидві ці можливості, з позитивного боку для скорочення викидів вуглецю та з негативної сторони ризику розповсюдження ядерної зброї.

Ядерна електроенергія вийшла на енергетичну сцену надзвичайно швидко. Після розвитку ядерних технологій наприкінці Другої світової війни для військових цілей атомна енергетика швидко набула нового мирного шляху для недорогого виробництва електроенергії. Одинадцять років після закінчення Другої світової війни, в 1956 році, дуже короткий час в енергетичному плані, перший комерційний ядерний реактор виробляв електроенергію в Колдер Холл в Селлафілді, Англія. Кількість ядерних реакторів неухильно зростала до більш ніж 400 до 1990 року, через чотири роки після Чорнобильської катастрофи в 1986 році і одинадцять років після острова Три-Майл в 1979 році. З 1990 року кількість діючих реакторів залишається приблизно рівною, а нове будівництво балансує зняття з експлуатації, через небажання громадськості та уряду продовжувати плани розширення ядерної електроенергії. Рисунок Зростання палива, що використовується для виробництва електроенергії в Сполучених Штатах, та цифра ядерної частки виробництва електроенергії в США показують розвиток та стан ядерної енергетики в Сполучених Штатах, що є відображенням її світового зростання.

Результат цієї дискусії визначить, чи переживає світ ядерне відродження, яке виробляється вже кілька років. На глобальну дискусію сильно вплинула малоймовірна ядерна аварія у Фукусімі, Японія, у березні 2011 року. Атомна катастрофа на Фукусімі була спричинена землетрусом і цунамі, які вивели з ладу систему охолодження ядерно-енергетичного комплексу, що складається з діючих ядерних реакторів та басейнів для зберігання під водою відпрацьованого ядерного палива, в кінцевому підсумку викликаючи часткове розплавлення деяких ядер реактора і виділення значного випромінювання. Ця подія, 25 років після Чорнобиля, нагадує нам, що безпека та довіра суспільства особливо важливі в атомній енергетиці, без них розширення атомної енергетики не відбудеться.

Існує два основних шляхи поводження з відпрацьованим паливом ядерних реакторів: одноразовий наскрізний і переробний. Потрапивши через запаси відпрацьованого палива, слідуючи за один прохід через реактор, спочатку в басейни на місці реактора, поки воно охолоджується радіоактивно і термічно, потім у довгостроковому геологічному сховищі, де воно повинно залишатися протягом сотень тисяч років. Переробка відокремлює корисну фракцію відпрацьованого палива і переробляє її через реактор, використовуючи більшу частку його енергетичного вмісту для виробництва електроенергії, а решту відходів високого рівня відправляє на постійне геологічне сховище. Основною мотивацією для переробки є більше використання паливних ресурсів, видобуток на ~ 25 відсотків більше енергії, ніж один раз через цикл. Вторинною мотивацією для переробки є значне скорочення постійних геологічних складських площ (в ~ 5 і більше разів) і часу (від сотень тисяч років до тисяч років). Хоча ці переваги здаються природними та привабливими з точки зору стійкості, вони ускладнюються ризиком крадіжки ядерного матеріалу з циклу переробки для використання у незаконному виробництві зброї або інших нестійких цілях. В даний час Франція, Великобританія, Росія, Японія та Китай займаються певною формою переробки; США, Швеція та Фінляндія не переробляють.

Глобальна залежність транспорту від нафти

Рідке нафтове паливо та електроенергія є двома домінуючими енергоносіями в Сполучених Штатах, на нафту припадає 37 відсотків первинної енергії та електроенергії 38 відсотків. На ці два енергоносії припадає аналогічна частка викидів вуглецю, 36 відсотків і 38 відсотків відповідно. Дві третини споживання нафти йде на транспортування, забезпечення паливом для легкових, вантажних автомобілів, поїздів і літаків. Для Сполучених Штатів та більшості розвинених суспільств транспорт вплітається в тканину нашого життя, необхідність як центральна для щоденних операцій, як їжа чи притулок. Концентрація запасів нафти в декількох регіонах або світі (рис. Запаси сирої нафти) робить значну частину світу залежною від імпортованої енергії для транспортування.

Зростання цін на нафту в останнє десятиліття робить залежність від імпортованої енергії для транспортування економічним, а також енергетичним питанням. Наприклад, США зараз витрачають понад 350 мільярдів доларів щорічно на імпортну нафту, витік економічних ресурсів, які можуть бути використані для стимулювання зростання, створення робочих місць, побудови інфраструктури та сприяння соціальному прогресу вдома.

З точки зору сталого розвитку, нафта представляє кілька проблем. По-перше, це проміжок часу, протягом якого кінцеві запаси нафти в світі можуть продовжувати забезпечувати зростаючий попит. По-друге, вплив на глобальне потепління та зміни клімату матимуть викиди вуглецю від спалювання нафти, і по-третє - проблема пошуку стійкої заміни нафти для транспортування. Хоча ми знаємо загальний хід початкового підйому та кінцевого падіння, який повинен пройти глобальний видобуток нафти, ми не знаємо з упевненістю часову шкалу, за яку вона буде грати.

Невизначеність термінів піку світового видобутку нафти спонукає нас знаходити інші питання і мотиви для боротьби з неминуче нестійким постачанням. Основною мотивацією є енергетична безпека, загроза того, що поставки нафти можуть бути перервані будь-якою з кількох подій, включаючи погоду, стихійне лихо, тероризм та геополітику. Значна частина світу вважає, що ці загрози є вагомими причинами для узгоджених зусиль з пошуку заміни нафти як основного транспортного палива. Друга мотивація - шкода навколишньому середовищу і накопичення парникових газів в атмосфері внаслідок викидів транспорту. На відміну від виробництва електроенергії, транспортні викиди виникають із мільйонів крихітних джерел, наприклад, вихлопних труб легкових та вантажних автомобілів та вихлопних газів поїздів та літаків.

Проблема захоплення та секвестеризації вуглекислого газу з цих розподілених та рухомих джерел значно більша, ніж з великих стаціонарних джерел електростанцій. Більш досяжною метою може бути заміна нафти як транспортного палива на біопаливо, яке щорічно переробляється природним шляхом від вихлопних труб автомобілів до біопаливних культур, які не конкурують з продовольчими культурами. Інші варіанти включають заміну рідкого палива електроенергією, виробленої всередині країни, або підвищення ефективності транспортних засобів за рахунок зменшення їх ваги, регенеративного захоплення енергії гальмування та підвищення ефективності двигуна. Кожен із цих варіантів має обіцянку, і кожен повинен подолати виклики.

Зміни в енергетичній системі неминуче повільні, через час, необхідний для розробки нових технологій, і операційну інерцію поетапного відмови від інфраструктури існуючої технології, щоб звільнити місце для наступника. Транспортна система проявляє цю експлуатаційну інерцію, регульовану часом обороту автопарку, близько 15 років. Хоча цей часовий масштаб довгий порівняно з економічними циклами, горизонтом прибутку корпорацій та політичним горизонтом обраних посадових осіб, важливо почати зараз визначати та розробляти стійкі альтернативи нафті як транспортному паливу. Час від інновацій нових підходів та матеріалів до розгортання ринку зазвичай становить 20 років або більше, що добре відповідає операційній інерції транспортної системи. Завдання полягає в тому, щоб ініціювати інноваційні дослідження та розробки альтернативних транспортних систем та підтримувати їх безперервно, поки не будуть встановлені альтернативи.

Автори та атрибуція

• Template:ContribCCEssofEnvSc