Глава 2. Добыча полезных ископаемых и биосфера Добыча

Глава 2. Добыча полезных ископаемых и биосфера Добыча и переработка полезных ископаемых в той или иной мере охватывают всю биосферную оболочку нашей планеты. Широкое пользование недрами в современных условиях нару­шило течение важнейших геохимических процессов, в первую очередь оно нарушило соотношение материального баланса и обмен веществ в природном круговороте. Работа горной промышленности приводит к поступление в природный круговорот значительного количества техногенного вещества в виде горной массы, раство­римых и летучих веществ, промышленных стоков, дымов и воз­гонов, а также высоких концентраций тяжелых металлов. Так, по данным экспертов ООН, ежегодно из недр нашей планеты в процессе добычи полезных ископаемых извлекается более 120 млрд. т горной массы, что в 5 раз превышает массу вещества, ежегодно поступающего в природный круговорот в процессе водной и ветровой эрозии. Захватывая, казалось бы, ничтожную часть литосферы, добыча и переработка полезных ископаемых оказывает серьезное негативное воздействие на все живые и неживые компоненты биосферы. С предприятиями горнопро­мышленного производства связаны значительные поступления вред­ных для окружающей природной среды веществ в атмосферный воздух. Химическое загрязнение среды рассмотрено в главе 2.

3.1. Нарушение земель Горнопромышленное производство начинается с наруше­ния земельных угодий. Суммарная площадь нарушен­ных горными работами земель на планете превышает 6 млн. га. Эти нарушения особенно впечатляю­щие в открытых разработках, приводящих к образованию порой очень больших карьеров. Открытая добыча связана с формированием значительного по размерам отвального хозяйства. Так называемые пустые поро­ды, образуя отвалы, сокращает значительные площади земель, в том числе и сельскохозяйственных. Ветровая и водная эрозия на отвалах вызывает деградацию растущих вблизи ка­рьеров лесов, в результате выбросов большого количества пыли создаются неблагоприятные условия для проживания людей вблизи такого горнодобываю­щего предприятия. В радиусе до 35−40 километров от большого карье­ра урожайность сельскохозяйственных культур может снизиться на 30%. Негативное воздействие горнопромышленного про­изводства на окружающую среду многообразно и значительно. Характерные виды нарушений при добыче полезных ископаемых: 1. Геомеханические Отсыпка отвалов, строительство карьеров, сооружение отстойных прудов, разнообразных насыпей и траншей. Деформации поверхно­сти в результате разработки ме­сторождений. Хранение отходов обогатительных фабрик и других производств. Монтажные работы, воздействие тяжелого оборудо­вания и т. п. Изменение рельефа местности, геологической структуры горного массива, грунтов, подстилающих почву, самой почвы. Механичес­кие повреждения почвы. Уничто­жение почвы и создание биологи­чески стерильных территорий. Изменение структуры использо­вания поверхности. Повреждения строительных объектов и инже­нерных сооружений.

2. Гидрологические Дренирующее воздействие под­земных и открытых горных выра­боток на окружающий породный массив. Деформация поверхнос­ти в связи с дренажом подзем­ных вод. Отсыпка отвалов, стро­ительство карьеров, сооружение отстойных прудов, разнообраз­ных насыпей и траншей. Смеще­ние русел водостоков, сооруже­ние водоемов, водных перепадов и других гидротехнических объек­тов. Загрязнение вод. Откачка подземных вод для различных целей Дренаж месторождений Изменения уровня подземных вод и их движения, а также гид­рографической сети. Ухудшение качества вод неглубоко залегаю­щих водоносных горизонтов, ин­женерно-геологических констант подпочвенных грунтов, водного режима в почве. Уменьшение за­пасов подземных вод. Увеличе­ние суффозии и механического уплотнения грунтов (оседание по­верхности). Изменение морфодинамического режима рек. Возник­новение пойм. 3. Химические Эмиссия газов и химически ак­тивной пыли Сбросы загрязнен­ных вод Воздействие токсичных компонентов, находящихся в от­валах и хвостохранилищах. Изменение состава и свойств ат­мосферного воздуха, вод (подкисление, засоление, загрязнение), почв (подкисление, алкализация, засоление, увеличение фитотоксических элементов, другие типы загрязнений).

4. Физико-механические Эмиссия пыли и аэрозолей. Сбро­сы вод, загрязненных суспензией и гидрозолями. Изменение состава и свойств атмосферного воздуха и вод. Кольматация русел водотоков. Изменения свойств почвы 5. Термические Загрязнение воздуха. Сбросы подогретых вод в водоемы. Изменение состава подогретых вод. Нагнетание подо­гретых вод в горный массив. Изменение свойств атмосферного воздуха, а также биохимических процессов в воде. Изменение микроклимата. Расширение добычи полезных ископаемых приводит к образованию обширных площадей нарушенных земель, получивших название техногенных ландшафтов. Например, при добыче открытым способом каждого миллиона тонн железной руды нарушается до 600 га земель. При этом на поверхность выносится глубинная порода, неблагоприятная для растений по своим физическим и химическим свойствам. Вследствие этого территории, занятые такими отвалами, в течение многих лет представляют собой голые, лишенные растительности участки, служащие к тому же еще и источниками загрязнения окружающей среды. Наиболее разрушительное действие на растительный покров оказывает открытый способ добычи полезных ископаемых, приводящий к появлению карьеров, отвалов или хвостохранилищ (рис. 16, 17). Отдельные карьеры занимают площади до 2−3 тыс. га. Их глубина достигает 100−200 м и более. Во многих случаях отработанные участки превращаются в бросовые земли, а их поверхность часто напоминает лунную. Следует иметь в виду, что территории, испытывающие отрицательное воздействие добычи полезных ископаемых, примерно в 10 раз превышают площадь непосредственно нарушенных земель.

Рис. 16. Открытый способ добычи полезных ископаемых

Рис. 17. Хвостохранилище

В России площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, составляет около 1.5 млн. га, а в США − 12 млн. га. Большие нарушения имеются и во всех странах Европы, где добывают полезные ископаемые. Поэтому проблема рекультивации земель становиться все более актуальной, приобретает глобальный характер и становится неотъемлемой частью охраны и воспроизводства растительных ресурсов развитых стран. Для использования нарушенных земель в хозяйственных целях необходимо их восстановление. Восстановление территорий осуществляется в четырех направлениях: для сельскохозяйственного использования (земледелие, животноводство), под лесные насаждения, под водоемы и строительство. Рекультивация растительности включает комплекс различных видов работ, направленных на улучшение их состояния или восстановление. Рекульти­вация растительности на нарушенных территориях обычно осуществляется в три этапа: подготовительный, горнотехнический и биологический. Подготовительный этап состоит в изучении специфики условий на нарушенных землях, выборе методов рекультивации и целевого использования восстанавливаемых земель. Горнотехнический этап включает выравнивание поверхности, нанесение на поверхность плодородных почв, регулирование водного режима, создание подъездных путей, необходимых инженерных сооружений и пр. Требования для этого этапа определяются в зависимости от направления рекультивации и последующего использования территории.

Биологический этап заключается в восстановлении нарушенных земель путем выращивания сельскохозяйственных культур или посадки древесных пород. Установлено, что при горизонтальном залегании полезных ископаемых можно возвращать в пахотные угодья до 70−85% всей нарушенной площади. Для этого необходимо сберечь верхний почвенный слой для будущей рекультивации. Технология этого мероприятия состоит в том, что верхний плодородный слой укладывается в отдельные штабеля высотой 5−15 м, а затем в процессе рекультивации эту почву укладывают на отвалы слоем в 40−60 см. Для месторождений с неглубоким залеганием от поверхности полезных ископаемых (15−30 м) применяют двухъярусную выемку и укладку нарушенной горной массы, в соответствии с которой неблагоприятные и малопродуктивные отложения отсыпаются в нижнюю часть отработанной части карьера, а благоприятные − на поверхность промышленных карьеров. На рекультивированных землях необходимо вносить органические и минеральные удобрения в дозах на 20−30% выше по сравнению со старопахотными землями. На рекультивированных землях целесообразно выращивать сады, размещать лесные насаждения, кормовые и лекарственные травы и т. д. В соответствии с видом хозяйственного использования различают такие рекультивированные типы местности, как пастбищный, лесной, полевой, озерный и парковый. Главнейшими факторами, ограничивающими возможность биологического освоения карьеров, отвалов и хвостохранилищ, являются показатели токсичности, кислотности, механического состава, содержания питательных веществ и влажности.

Биологический этап заключается в восстановлении нарушенных земель путем выращивания сельскохозяйственных культур или посадки древесных пород. Установлено, что при горизонтальном залегании полезных ископаемых можно возвращать в пахотные угодья до 70−85% всей нарушенной площади. Для этого необходимо сберечь верхний почвенный слой для будущей рекультивации. Технология этого мероприятия состоит в том, что верхний плодородный слой укладывается в отдельные штабеля высотой 5−15 м, а затем в процессе рекультивации эту почву укладывают на отвалы слоем в 40−60 см. Для месторождений с неглубоким залеганием от поверхности полезных ископаемых (15−30 м) применяют двухъярусную выемку и укладку нарушенной горной массы, в соответствии с которой неблагоприятные и малопродуктивные отложения отсыпаются в нижнюю часть отработанной части карьера, а благоприятные − на поверхность промышленных карьеров. На рекультивированных землях необходимо вносить органические и минеральные удобрения в дозах на 20−30% выше по сравнению со старопахотными землями. На рекультивированных землях целесообразно выращивать сады, размещать лесные насаждения, кормовые и лекарственные травы и т. д. В соответствии с видом хозяйственного использования различают такие рекультивированные типы местности, как пастбищный, лесной, полевой, озерный и парковый. Главнейшими факторами, ограничивающими возможность биологического освоения карьеров, отвалов и хвостохранилищ, являются показатели токсичности, кислотности, механического состава, содержания питательных веществ и влажности.

3.2. Загрязнение среды при добыче полезных ископаемых в России Таблица 12 Показатели воздействия на окружающую среду в процессе добычи полезных ископаемых

Таблица 13 Образование, захоронение, использование и обезвреживание отходов в процессе добычи полезных ископаемых

3.3. Рекультивация нарушенных земель в России С целью восстановления нарушенных земель для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных, строительных, рекреационных, природоохранных и санитарно-оздоровительных целей осуществляется рекультивация земель. На 1 января 2008 г. площадь нарушенных земель составила 1145 тыс. га. Более половины нарушенных земель (55,6%) нарушены при разработке месторождений полезных ископаемых и проведении геолого-разведочных работ, 19% – при торфоразработке, 12% – при строительстве. У предприятий и организаций сельского хозяйства находится 115,9 тыс. га нарушенных земель, в нефтедобывающей промышленности – 114,4 тыс. га, цветной металлургии – 107,1тыс. га, на земельных участках, принадлежность которых документально не установлена, – 124,7 тыс. га и на землях запаса – 101,5 тыс. га. Данные о нарушенных землях в 2007 г. и их рекультивации представлены в табл. 14.

Таблица 14 Площади нарушенных и рекультивирован-ных земель, га

Рекультивация нарушенных земель в большинстве субъектов Российской Федерации производится на землях, нарушенных в последние годы. Восстановление земель, нарушенных ранее, проблематично по причине отсутствия лиц, имеющих обязательства по рекультивации этих земель. Большие площади нарушенных земель остаются в сельском хозяйстве (115,9 тыс. га), основная их часть – торфоразработки (64,8 тыс. га). Ухудшение финансового положения, развал сельскохозяйственных и промышленных предприятий и их банкротство фактически сделали невозможным проведение ими работ по ре­культивации нарушенных земель. В связи с отсутствием соответствующих правовых механизмов при ликвидации и реорганизации добывающих предприятий площади бесхозных нарушенных земель ежегодно увеличиваются. Бюджетные средства на их рекультивацию не выделяются, и они зарастают кустарником и мелколесьем. В целях упорядочения работ по рекультивации земель нарушенных недропользователями целесообразно: 1. Выдачу квот и лицензий на недропользование и последующий отвод земельных участков производить только предприятиям, подтверждающим свою состоятельность материальными и финансовыми ресурсами; 2. Структурные реорганизации недропользователей осуществлять только после решения вопросов рекультивации ранее отработанных земельных участков; 3. В случае банкротства предприятий вопросы компенсации стоимости работ по рекультивации земель рассматривать независимо от утвержденных графиков и проектов рекультивации.

Глава 4. Энергетика и биосфера Развитие современной цивилизации требует все большего количества энергии. Развитие же энергетике приводит ко многим негативным последствиям для биосферы. Поэтому использование новых возобновляемых чистых источников энергии, альтернативных видов топлива стали определяющими факторами прогрессивного развития общества. С 1750 по 1900 гг. (за 150 лет) численность населения Земли выросла в 2 раза, а добыча энергетических ресурсов в мире за это время возросла в 10 раз. За следующие 70 лет (с 1900 по 1970 гг.) численность населения Земли выросла еще в 2 раза, а добыча энергетических ресурсов − в 13 раз, т.е. темпы производства энергии намного превышают темпы роста населения. Сейчас человечество потребляет в год 4*1017 кДж энергии, а население Земли составляет более 6 млрд. человек. Люди покрывают свои энергетические потребности за счет нефти на 33%, угля − на 27%, газа − 18%. Эти энергетические ресурсы являются невозобновляемыми. Между тем при нынешних темпах добычи, рентабельных энергетических ресурсов осталось всего на несколько десятков лет: угля − на 100 лет, газа − на 70 лет, нефти − на 50 лет. Возобновляемые энергетические ресурсы (гидроэнергия, ветровая энергия, энергия биомассы и т.д.) составляют в общем балансе энергетических затрат человека всего 18 %. Атомная энергетика покрывает 4% всего энергетического бюджета. Надежды на открытие управляемого термоядерного синтеза до сих пор не оправдались.

4.1. Состояние энергетики Мировое потребление энергии неуклонно растет. За период с 1970 по 1990 гг. использование энергии в величинах нефтяного эквивалента возросло с 5 до 8,8 млрд. т. По прогнозам Мировой энергетической конференции, спрос на энергию к 2020 г. может увеличиться еще на 75%. Энергия нужна как для нормальной деятельности современного человеческого обще­ства, так и для простого физического существования каждого чело­века. В конце XX столетия электроэнергию главным образом полу­чают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях. Разведанные запасы невозобновимых ресурсов почти на два порядка меньше геологической оценки их суммарного содержания в земной коре. Реальные эксплуатационные запасы в 2−3 раза меньше разведанных. Доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля − на три порядка. Месторождения ископаемых видов топлива расположены на планете крайне неравномерно. 30 % потенциальных мировых запасов угля и газа и более 20% нефти находятся в России. Почти 35% нефти и около 17% газа сосредоточено на Среднем Востоке. Большими потенциалами угля, газа и нефти богата Северная Америка. Эти три региона располагают почти 70% разведанных мировых запасов ископаемого топлива.

Кроме ископаемого топлива в странах Азии, Африки и Южной Америки продолжается использование довольно большого количества растительного топлива, в основном древесины. Суммарное количество энергии, получаемое за счет ископаемых и современных биогенных энергоресурсов, составляет около 12,6 млрд. т условного топлива в год. В начале ХХI столетия на фоне «демографического взрыва» наблюдается повышенное расходование ограниченных энергетических ресурсов Земли. Около 80% загрязнений на планете дают промышленно развитые страны с населением менее 1 млрд. человек. Индия, например, с ее миллиардным населением, вносит в парниковый эффект лишь 2% от доли США. Соотношение доходов 20% самый богатой части населения Земли к 20 % самой бедной составляет: в 1960 г. − 30:1; в 1980 г. − 45:1, в 1990 г. − 60:1. Сейчас это соотношение достигло 140:1, несмотря на то, что ООН в 1974 г. приняла «Декларацию об установлении международного экономического порядка», рекомендующую максимальный разрыв между богатыми и бедными не более 3:1. Относительный вклад различных энергоносителей в общее использование энергии характеризуется такими средними величинами: уголь − 27%, нефть − 34%, газ − 17%, гидроэнергия − 6 %, ядерная энергия − 8,5 %, прочие источники − 7,5%. Суммарный КПД энергетики техносферы равен 30 %. Энергетическая мощность современной техносферы по величине приблизительно равна 6 % продукционной мощности биосферы (по энергии первичной брутто-продукции) и обладает таким же КПД,

4.2. Прогноз энергетики будущего Развитие цивилизации сопровождалось ростом потребности в энергии. Сегодня в мире на одного землянина ежесуточно производится 2 кВт энергии (в США − 10 кВт), предел роста энергопотребления оценивается в 20 кВт на человека, общее энергопотребление человечества при этом будет примерно равно солнечной энергии, фиксируемой растениями. Ресурсы угля и нефти ограничены. По разным данным, угля хватит на 250−400 лет, природного газа − на 60−100 лет, нефти − на 40−60 лет. Существуют и более жесткие прогнозы − мировые запасы нефти истощатся уже через 30 лет. В России запасы нефти могут иссякнуть еще быстрее − к 2020 г. Если в 1980 г. Россия добывала 600 млн. т нефти, то в 1996 г. была добыта только половина этого количества (в настоящее время добыча увеличилась до 400 млн. т. Ранее открытые перспективные месторождения быстро истощаются, к примеру, в месторождении Самотлор в 1990 г. было добыто 146 млн. т нефти, а в 1997 г. − уже только 15 млн. т. «Нефтяная столица Сибири» г. Нижневартовск обречен на вымирание. Добыча нефти из более глубоких пластов и на морских шельфах значительно удорожает ее стоимость. Прогноз структуры энергетики говорит о том, что предстоит повышение КПД (примерно в 2 раза, с 30 до 60%) электростанций, работающих на газе и жидких энергоносителях, в первую очередь на мазуте. Получат распространение экономичные тепловые элементы, которые преобразуют тепло в электричество. Наиболее будут развиваться газовая и атомная энергетика, а также гидроэнергетика и энергетика на основе ВИЗ. Эффект химического загрязнения биосферы в результате сжигания различного вида топлива рассмотрено в главе 2. Значительная часть энергии вырабатывается на ГЭС, совершенно не загрязняющих среду, но тем не менее представляющих для нее определенную опасность.

Ниже приводится характеристика перспективности основных источников получения электроэнергии. Гидроэнергетика Строительство равнинных ГЭС отчуждает из использования огромные массивы плодородных земель (как случилось при строительстве каска­да ГЭС на Волге) или лесов. В общей сложности под водохранилищами России находится 8 млн. га земель, что в четыре раза больше площади Израиля. В результате строительства волжского каскада было затоплено 264,5 тыс. га пашни, 732,6 тыс. га сенокосов и пастбищ, 845,2 тыс. га пойменных лесов. Пришлось перенести 2513 населенных пунктов с населением в 643,3 тыс. человек. Рыбинская ГЭС имеет мощность меньше 30% ядерного реактора, но площадь ее водохранилища составляет более 4,5 тыс. км2 (табл.158). Гидроэлектростанции в Сибири строили без расчистки леса на дне будущих рукотворных морей. Так, при строительстве Братской ГЭС было затоплено 40 млн. м3 ценной древес­ины хвойных пород. Затопление леса не только лиша­ет страну ценной древесины, но и ухудшает качество воды в водохранилищах и препятствует судоходству.

Таблица 15 Площади отчуждаемых земель, необходимые для производства 1 МВт электроэнергии в год на электростанциях разного типа

Строительство крупных водохранилищ полностью нарушает жизнь экосистем рек, в первую очередь препятствует нормальной миграции рыб. В результате строительства волжского каскада площадь нерестилищ осетровых сократилась в 10 раз. По этой причине резко упали уловы осетровых; в 1984 г. вылавливалось 24 тыс. т, в 1994 г. − 4,5 тыс. т. В то же время в водохранилищах массово размножаются виды рыб, которые не играли большой роли в естественной ихтиофауне рек (лещ, плотва, судак, щука и др.). Кроме того, на дне водоемов накаплива­ются тысячи тонн (как правило, ядовитых за счет промышленных и бытовых стоков в реки) осадков. Это практически навсегда выводит территорию из дальнейшего использования, даже в случае, если водохранилище будет спущено. ГЭС на горных реках удобны тем, что не связаны с затоплением больших территорий, но они могут быть опасны из-за довольно высокой вероятности катастроф ввиду сейсмической нестабильности этих районов. Землетрясения приводят к огромным жертвам. Так, в Индии от прорыва плотины Гуджерат − 16 тыс. человек. По современным представлениям, у крупных ГЭС нет перспектив. Их значительно больше у малых ГЭС.

Микрогидроэнергетика Экологические недостатки, которые сопровождают строительство обычных ГЭС, отсутствуют при сооружении малых ГЭС, позволяющих обходиться без строительства плотин. При этом микроводохранилища-пруды способствуют поддержанию водного режима рек и являются стациями для водоплавающих птиц и рыб. Малые ГЭС позволяют децентрализовать производство энергии и решить проблемы энергетики Севера, Камчатки и других районов, где сегодня основным источником энергии остается дизельное топливо. Атомная энергетика Атомная энергетика - получение электрической энергии с использованием ядерных реакторов, на которых улавливается тепловая энергия радиоактивного распада ядерного «топлива» − обогащенного урана и некоторых других радиоактивных материалов. Положительные стороны атомной энергетики: 1. сравнительная дешевизна энергии 2. небольшое количество отходов (1 стакан урана-235 дает столько же энергии, сколько 10 тыс. т угля). 3. отсутствие выбросов в атмосферу диоксида углерода, и загрязнителей. 4. большая безопасность 5. незначительное отчуждение земельного фонда.

Закрытие уже существующих АЭС потребовало бы дополнительно сжигать ежегодно 630 млн т угля, что привело бы к 50-кратному увеличению смертности от атмосферного загрязнения. Для извлечения из атмосферы этого дополнительного диоксида уг­лерода потребовалось бы посадить лес на площади, которая в 4−8 раз превышает территорию Германии. Отрицательные стороны атомной энергетики: 1. высокая себестоимость электроэнергии (при учете расходов на обезвреживание отходов) 2. сложность обеспечения полной безопасности ядерного топливного цикла. 3. риск аварий Начинается строительство АЭС в развивающихся странах Южной Америки, Азии и Африки. Возобновляется ранее приостановленное строительство АЭС даже в странах, пострадавших от Чернобыльс­кой катастрофы − Украине, Белоруссии, Российской Федерации. Возобновляется работа АЭС в Армении. Повышаются технологический уровень атомной энергетики и ее экологическая безопасность. Уже разработаны проекты внедрения новых, более экономичных реакторов, способ­ных расходовать на получение единицы электроэнергии в 4−10 раз меньше урана, чем современные. Обсуждается вопрос об использовании в качестве «топлива» тория и плутония. Японские ученые считают, что плутоний можно сжигать без остатка, и АЭС на плутонии могут быть самыми экологически чистыми, так как не дают радиоактивных отходов (РАО). Меняется ядерный топливный цикл, т. е. совокупность всех операций, сопровождающих добычу сырья для ядерного топ­лива, его подготовку к сжиганию в реакторах, процесс полу­чения энергии и переработку, хранение и захоронение РАО. В некоторых странах Европы и в России осуществляется переход к закрытому циклу, при котором образуется меньше РАО, так как значительная часть их после переработки дожигается. Это позволяет не только снизить риск радиоактивного загрязнения среды, но в сотни раз уменьшить расходы урана. При открытом цикле РАО не перерабатываются, а захораниваются. Он более экономичен, но экологически не оправдан. По этой схеме пока работают АЭС США. «Нефть − слишком дорого, уголь − слишком опасно для природы, вклад АИЭ − слишком незначителен, единственный шанс − придерживаться ядерного варианта».

В настоящее время доля нетрадиционной энергетики во всем мире составляет менее 2%. Солнечные коллекторы. В них солнечная энергия непосредственно преобразуется в тепловую. Устанавливаются на домах и предназначены для нагревания воды и отопления. Солнечные электростанции, В этих устройствах энергия солнца концентрируется системой зеркал и нагревает масло в трубах. Недостатком СЭС являются очень большие затраты металла на их сооружение; в пересчете на единицу производимой энергии они в 10−12 раз выше, чем при производстве энергии на ТЭС или АЭС. Затраты цемента при этом еще выше − в 50−70 раз. СЭС занимают большие площади, и потому их строительство перспективно только в пустынях. Экономически рентабельно в случае, если число часов солнечного сияния не ниже 2000 в год, а интенсивность поступления солнечного света составляет 600−800 Вт/м2.. Отсутствие рентабельной технологии получения химически чистого кремния, который пока стоит столько же, сколько и уран для АЭС. Растительное вещество. По сей день 55% древесины, которая используется человеком, − это топливо. Печи − это «установки» с самым низким КПД, который не превышает 10%. Значительно более высоким КПД обладают ТЭС, где в ре­зультате сжигания древесины получается электроэнергия. Австрия планирует в ближайшие годы получать от сжигания древесины до 30 % необходимой ей электроэнергии. Для этих же целей в Великобритании планируется засадить лесом около 1 млн. га земель, непригодных для сельскохозяйственного использования. Высаживаются быстрорастущие породы, например тополь, срезку которого производят уже через 3 года после посадки (высота деревьев около 4 м, диаметр стволиков больше 6 см). В Бразилии из отходов сахарного тростника получают этиловый спирт, который используют в качестве топлива; в США работают электростанции, сжигающие отходы кукурузы.

Американская компания «Дженерал электрик» использует биомассу быстро растущих бурых водорослей (ежедневно с I га таких плантаций получается энергия, эквивалентная энер­гии 28 л бензина). Используется также планктонная микр­скопическая водоросль спирулина, способная дать с 1 га до 24 т сухого вещества в год. Получение биогаза из органических остатков, в первую очередь навоза. В Германии работают более 2000 биогазовых установок, в которых перерабатываются органические отходы, получаемые в результате сортировки мусора. Получение швельгаза, который образуется при термической обработке (пиролизе) органических бытовых отходов в специальных установках, где они в анаэробных условиях нагреваются до температуры 400−700 °С. (В этом случае затрачивается некоторое количество тепловой энергии из традиционных источников.) Утилизация «свалочного» газа, который образуется в результате гниения органических отходов на свалках. Для этого в толщу свалок пробуриваются скважины. В США испытана система гигантских биореакторов: дно свалки покрывается изолирующим мате­риалом, а после ее заполнения бытовым мусором она перекрывается газонепроницаемым субстратом. В течение 10 лет органика разлагается, после чего биореактор можно использовать для новых захоронений. Таким образом, получение электрической или тепловой энергии за счет солнечной энергии − одно из самых перспективных направлений нетрадиционной энергетики. По наиболее оптимистичным прогнозам к 2020 г. эта отрасль будет давать до 25% мирового производства энергии.

Ветроэнергетика Экологически чистый и неисчерпаемый источник энергии − ветер. Наибольшего развития ветроэнергетика достигла в Германии, Англии, Голландии, Дании, США (только в штате Калифорния работает 15 тыс. ветряков). Небольшие ВЭУ − идеальные источники энергии для сель­скохозяйственных ферм. По прогнозам футурологов, в не­которых странах доля электроэнергии, получаемой на ВЭУ, в будущем может составить 10%. Однако для строительства таких станций необходимо много алюминия для ветряных «колес» и башен. Между тем производство алюминия является одним из наиболее энергоемких и экологически грязных процессов. По мощности ВЭУ Россия отстала от развитых стран Запада и даже Индии на несколько порядков. Геотермальная энергетика Получение тепловой или электрической энергии за счет тепла земных глубин экономически эффективно там, где горячие воды приближены к поверхности земной коры − в районах активной вулканической деятельности с многочисленными гейзерами (Камчатка, Курилы, острова Японского архипелага). В Российской Федерации перспективным районом для развития геотермальной энергетики является также Северный Кавказ. Развитие геотермальной энергетики сдерживается ограниченностью числа районов, где она экономически эффективна. Кроме того, экологическую опасность представляют сильно засоленные воды, которые получаются при конденсации горячего пара.

Приливно-отливная энергетика В некоторых странах накоплен опыт получения электрической энергии за счет использования энергии приливов и отливов. Приливно-отливные электростанции (ПЭС) подобны обычным ГЭС на реках, но «водохранилище» заполняется во время прилива. При этом лопасти турбины вращаются и при повышении уровня воды, и при понижении. На земном шаре сооружено только 30 ПЭС, так как для обеспечения их нормальной работы разница уровней прилива и отлива должна быть не менее 10 м. Опыт показывает, что ПЭС не нарушают экологического равновесия. Появились первые электростанции, использующие энергию волн, в Японии, Великобритании, Норвегии. Разрабатываются проекты использования тепловой энергии мирового океана и энергии крупных течений (Гольфстрим, Куросио). Энергосбережение За последние 20 лет удельное энергопотребление в мире на единицу ВВП уменьшилось более чем на 25%.

Энергосбережение в промышленности. • использование энергосберегающих технологий. Так, к примеру, в металлургии переход от мартеновского способа плавки стали к конверторному способу позволяет затрачивать на производство 1 т готового продукта в 2 раза меньше энергии. Во многих случаях энергосбережение достигается за счет использования вторичных ресурсов. Так, в 10 раз меньше тратится энергии, если сталь выплавляется не из чугуна (а тот − из руды), а из металлолома. В 3 раза меньше затрачивается энергии на производство стекла из битой посуды, по сравнению с процессом варки его из первичного сырья; • оптимизация территориальной структуры производства и уменьшение длины перевозок: переработка металлолома без транспортировки на металлургические комбинаты, замена больших хлебозаводов мини-пекарнями, гигантов пивоваренной промышленности мини-пивоварнями и т.д. Энергосбережение на транспорте Этот ресурс энергосбе­режения может быть реализован путем экологизации автомобильного транспорта и повышения КПД тепловозов, теплоходов, электровозов, самолетов и т.д. Энергосбережение в сельском хозяйстве • полное использование биологического потенциала агроэкосистем (биологическая азотфиксация, органические удобрения, использование в качестве корма всех отходов растениеводства, получение биогаза из навоза для обогрева животноводческих помещений, разведение холодостойких пород животных и т.д.; • использование новой сельскохозяйственной техники (более легкой, с широкозахватными и комплексными агрегат­ами, снижающими количество проходов техники по полю); • внедрение энергосберегающих технологий обработки почвы (безотвальной и особенно минимальной обработки) и первичной переработки сельскохозяйственной продукции (сушка зерна, хранение овощей и фруктов и т.д.); уменьшении транспортных расходов за счет приближения ферм к полям, переработки и хранения сельскохозяй­ственной продукции непосредственно в хозяйстве.

Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве Много энергии можно сэкономить в быту, так как большую часть энергии человек затрачивает на систему жизнеобеспечения (энергия пищи составляет не более 5−7%). Так, флуоресцентная лампочка мощностью в 18 Вт дает столько же света, сколько лампочка накаливания в 75 Вт. Кроме того, новые лампочки в 7 раз долговечнее, чем старые, что позволит экономить и ресурсы. Теплоизоляция стен даже в холодных районах позволит резко сократить расходы энергии на обогрев жилья. Вместо печи будет достаточно одного небольшого электронагревателя. Имеется принципиальная возможность сократить примерно в 2 раза расход электроэнергии при использовании холодильников, телевизоров и т.д. Ресурсы энергосбе­режения особенно велики в России, где на единицу ВВП затрачивается энергии в 2−3 раза больше, чем в развитых странах. Однако следует учитывать, что в России значительное количество энергии затрачивается на компенсацию холодного климата. Целью энергетической политики России в области обеспечения экологической безопасности должно стать последовательное ограничение нагрузки топливно-энергетического комплекса на окружающую среду, приближение к самым высоким мировым экологическим стандартам в этой области.

Для реализации энергосберегающей политики предусматриваются следующие меры государственного регулирования: Экономическое стимулирование использования высокоэкологичных производств, экологически чистых малоотходных и безотходных технологий производства и потребления энергоресурсов за счет установления жестких экологических требований к деятельности предприятий и продукции ТЭК; Создание системы компенсационных выплат государству за их нарушение (принцип организации системы таких компенсаций будет закреплен законодательно и носить характер экономических платежей, в том числе в страховые фонды превентивных мероприятий); Рационализация размеров платежей за пользование природными ресурсами; Введение правовой регламентации принципов экологического страхования; Ужесточение контроля над соблюдением экологических требований при реализации инвестиционных проектов; Совершенствование системы государственной экологической экспертизы; Создание экологически чистых энерго- и ресурсосберегающих малоотходных и безотходных технологий, обеспечивающих рациональное производство и использование топливно-энергетических ресурсов, снижение выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую среду, а также парниковых газов, сокращение образования отходов производства и других агентов вредного воздействия; Последовательное проведение специальных природоохранных мероприятий, строительство и реконструкция природоохранных объектов, в том числе по улавливанию и обезвреживанию вредных веществ из отходящих газов, очистке сточных вод; Увеличение темпов рекультивации земель, загрязненных и нарушенных в процессе строительства и эксплуатации энергетических объектов, использование отходов производства в качестве вторичного сырья;

Экономическое стимулирование рационального использования попутного нефтяного газа, прекращение практики сжигания его в факелах (в первую очередь за счет создания экономически выгодных условий для переработки и использования такого газа); Развитие экологически чистых технологий сжигания угля как условие реализации прогнозов роста его потребления электростанциями и другими промышленными объектами; Улучшение качества угольного топлива (в том числе развитие обогащения, переработки, брикетирования и др.); Увеличение объемов использования шахтного метана и угольного топлива; Увеличение производства высококачественных моторных топлив с улучшенными экологическими характеристиками, соответствующих европейским нормам, совершенствование нормативной базы качества нефтепродуктов и уровней выброса загрязняющих веществ; Разработка программы минимизации экологического ущерба от деятельности гидроэлектростанций; организация работ по сертификации природоохранных технологий и технических средств; организация обучения и подготовка специалистов в области природоохранной деятельности. Решение указанных задач потребует создания гармонизированной законодательной и нормативно-правовой базы, стимулирующей инвестиции и регламентирующей обеспечение экологической безопасности и охрану окружающей среды, отвечающей современным экологическим требованиям и уровню научно-технических достижений, а также формирования единой информационной системы экологического мониторинга. Особое внимание в ЭС-2030 отводится проблеме ограничения выбросов в атмосферу парниковых газов и международному сотрудничеству в этой сфере. По предварительным оценкам, выполненным при разработке настоящей Концепции ЭС-2030, выбросы парниковых газов в благоприятном варианте при максимальном потреблении энергоресурсов в 2020 г. составят 99% от уровня соответствующих выбросов в 1990 г., а в 2030 г. превысят их на 3−4%. Экономическое стимулирование рационального использования попутного нефтяного газа, прекращение практики сжигания его в факелах (в первую очередь за счет создания экономически выгодных условий для переработки и использования такого газа); Развитие экологически чистых технологий сжигания угля как условие реализации прогнозов роста его потребления электростанциями и другими промышленными объектами; Улучшение качества угольного топлива (в том числе развитие обогащения, переработки, брикетирования и др.); Увеличение объемов использования шахтного метана и угольного топлива; Увеличение производства высококачественных моторных топлив с улучшенными экологическими характеристиками, соответствующих европейским нормам, совершенствование нормативной базы качества нефтепродуктов и уровней выброса загрязняющих веществ; Разработка программы минимизации экологического ущерба от деятельности гидроэлектростанций; организация работ по сертификации природоохранных технологий и технических средств; организация обучения и подготовка специалистов в области природоохранной деятельности. Решение указанных задач потребует создания гармонизированной законодательной и нормативно-правовой базы, стимулирующей инвестиции и регламентирующей обеспечение экологической безопасности и охрану окружающей среды, отвечающей современным экологическим требованиям и уровню научно-технических достижений, а также формирования единой информационной системы экологического мониторинга. Особое внимание в ЭС-2030 отводится проблеме ограничения выбросов в атмосферу парниковых газов и международному сотрудничеству в этой сфере. По предварительным оценкам, выполненным при разработке настоящей Концепции ЭС-2030, выбросы парниковых газов в благоприятном варианте при максимальном потреблении энергоресурсов в 2020 г. составят 99% от уровня соответствующих выбросов в 1990 г., а в 2030 г. превысят их на 3−4%.

4.3. Экологические проблемы энергетики России Стоимость полезных ископаемых в недрах России составляет 27 трлн. долларов (13% мировых запасов нефти, 37% − запасов газа, 30% − запасов угля). Потери народного хозяйства страны за последние 10 лет составили около $4 трлн., а за годы Отечественной войны мы потеряли $420 млрд. Сейчас у нас в стране цена добычи единицы энергетических ресурсов одна из самых высоких в мире и продолжает расти, так как износ основных фондов уже достиг 80%. Энергетика России по количественным параметрам достигла максимума в 1986 г. За последующие 10 лет большинство количественных показателей существенно снизились. В общем производстве первичных энергоресурсов доля газа составила 50%, нефти − 31%, угля − 13%, электроэнергии, выработанной на атомных и гидроэлектростанциях, − 6%. Хотя объем добычи ископаемого топлива снижается, оно продолжает играть решающую роль в производстве электрической и тепловой энергии. В топливно-энергетическом комплексе России и ее природном энергетическом потенциале имеется группа ключевых практических задач перспективного развития каждой из отраслей, которая формируется стратегическими отраслевыми проектами. Осуществление этих инициатив является определяющим в реальном создании таких производственных возможностей энергетического сектора страны, которые будут обеспечивать удовлетворение внутреннего и экспортного спроса на энергоносители, адекватного требованиям развивающейся экономики страны и возрастающему уровню жизни ее населения. К основным таким перспективным стратегическим инициативам относятся следующие масштабные проекты, реализация которых может потребовать государственной поддержки. Неистощаемость и экологическая чистота этих ресурсов обусловливают необходимость их интенсивного использования.

По имеющимся оценкам, технический потенциал возобновляемых источников энергии составляет порядка 4,4 млрд. т у. т. в год, то есть в 5 раз превышает объём потребления всех топливно-энергетических ресурсов России, а экономический потенциал определен в 237 млн. т у. т. в год, что немногим более 25% от годового внутреннего потребления энергоресурсов в стране. В настоящее время экономический потенциал возобновляемых источников энергии существенно увеличился в связи с подорожанием традиционного топлива. В предстоящее 25-летие имеется весьма высокая вероятность вовлечения в топливно-энергетический баланс новых источников энергии и энергоносителей. В числе этих инновационных энергетических направлений такие как: водородная энергетика, топливные и химические элементы, освоение газогидратов, а позднее − термоядерные технологии и др. Без вовлечения в перспективе этих инновационных энергоресурсов в сбалансировании спроса на ТЭР могут возникнуть трудности, которые приведут к резкому росту цен на энергоносители. Вовлечение этих инноваций в сферу энергетического сбалансирования рассматривается на данном этапе как потенциальный ресурсный энергетический резерв, использование которого должно начаться уже в рассматриваемом периоде времени.

Загрязнение среды энергетикой Химическое загрязнение среды энергетикой Опаснейшими загрязнителями природной среды являются ТЭЦ, на которых сжигаются огромные объемы топлива. Миллионы кубо­метров вредных и опасных отходов от работы тепловых электростан­ций практически целиком поступают в природную среду. Функционирование и развитие энергетики наталкиваются на ряд экологических проблем, угрожающих стать в последующие годы все более острыми, поскольку ТЭК является одним из основных источников загрязнения окружающей природной среды. Поэтому Энергетическая стратегия России уделит большое внимание экологическим проблемам, возможным путям их решения и мерам, которые может и должно принять государство для оптимизации воздействия ТЭК на экологическое состояние окружающей среды. В ЭС-2030 будут изложены основные мероприятия организационного, технологического и научно-технического характера для предотвращения роста негативного влияния на окружающую среду по секторам ТЭК. Одной из крупнейших экологических проблем в ТЭК, особенно острой для традиционных нефтедобывающих регионов, является загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами. Темпы утилизации отходов остаются низкими, планы крупномасштабного использования отходов не реализуются.

Серьезной проблемой является негативное воздействие деятельности предприятий ТЭК в энергодобывающих и энергопроизводящих регионах. Следует иметь в виду также недостаточный уровень экологической безопасности технологических процессов, высокий моральный и физический износ основного оборудования, недостаточную развитость природоохранной структуры (систем предотвращения и снижения негативных воздействий на природную среду). Осуществление программы освоения новых месторождений северных и восточных территорий (Тимано-Печорский регион, полуостров Ямал, Восточная Сибирь, Дальний Восток) и нефтегазовых месторождений шельфа арктических морей и острова Сахалин, месторождений Каспийского и Балтийского морей требует решения проблемы сохранения чрезвычайно уязвимых экосистем этих регионов с суровыми природно-климатическими условиями.

Физическое загрязнение среды энергетикой Техногенная деятельность является источником энергетичес­ких воздействий на биосферу. К ним относятся тепловое, электро­магнитное, световое, ионизирующее, акустическое излучения, механические колебания (вибрации). Энергия избыточной теплоты выделяется многими энергетическими и технологическими установками и распространяется в окружающую среду с теплоносителями (нагретые газы, пар, вода, и растворы, расплавы и др.) и тепловым излучением от нагретых поверхностей. Тепловые загрязнения носят, как правило, локальный характер. Газовые выбросы в атмосферу при неблагоприятных метеорологических условиях могут способствовать повышению температур в зоне их распространения, выпадению осадков и др. Нагретые сточные воды повышают температуру в водных объек­тах, изменяя их естественный тепловой режим и протекание биохимических процессов. В условиях промышленных производств действие тепловых излучений и выбросов сказывается прежде всего на рабочих мес­тах, что может привести к поражениям работающих в результате ожогов, перегрева. Источником электромагнитного излучения являются мощ­ные электрические машины и установки, линии электропередач, технические комплексы радио и телевидения и др. Воздействие таких излучений на живые организмы приводит к нарушениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах, вы­зывающим серьезные физиологические и психические расстрой­ства. Так, по данным ученых США, у людей, проживающих в радиусе 200 м от линии электропередач 60 кВ и более, вероятность онкологических заболеваний увеличивается примерно в 3 раза. Кроме того, электромагнитные излучения вызывают существен­ные помехи в работе электронных систем, приборов, что может стать причинами аварий и катастроф.

Развитие промышленности, транспорта, формирование ме­гаполисов и связанное с этими процессами шумовое загрязнение влияют на среду обитания и жизнедеятельность людей. У человека повышается утомляемость, снижается умственная активность, возникают стрессы, физические и нервные заболевания. Так, му­зыкальный шум в 120−130 дБ вызывает сначала состояние "весе­лья", но при более длительном воздействии провоцирует агрес­сивное поведение людей, нарушает функции слухового аппарата, приводит к тяжелым нервным расстройствам. Особенно тяжело переносятся высокочастотные шумы с мощностью более 90 дБ. Они вызывают болезни слуха и расстройство нервной системы, язвенную или гипертоническую болезни. Очень опасны инфразвуки с частотами до 50−100 Гц и повы­шенной мощностью, поскольку они могут вызывать физические колебания грудной клетки и органов человека, приводя к необра­тимым психическим и зачастую летальным физиологическим по­следствиям. Наибольшему воздействию шума человек подвергает­ся на производстве и в крупных городах. Источниками светового излучения, негативно действующими на окружающую среду, являются промышленные установки и аппаратура. Это, прежде всего, высокотемпературные излучатели, лазеры, источники УФ-излучений. Их воздействие на человека за­висит не только от мощности излучения, но и от его спектральных характеристик. Наиболее типичным проявлением действия свето­вого излучения является поверхностное поражение тканей живых организмов, ожоги сетчатки глаз. Радиационное загрязнение вызывается действием ионизиру­ющих излучений. При воздействии а- и (3-частиц на ткани живых организмов они проникают вглубь на 0,1−3 мм, чем наносят по­вреждения клеткам вблизи места проникновения. Фотоны у-излучения имеют длину пробега в воздухе от метров до километров и поэтому свободно проходят через мягкие ткани организмов, вызы­вая глубинные и обширные поражения.

Доза облучения зависит как от мощности излучения, так и от времени его воздействия. При малых дозах облучения у человека наблюдается обратимые изменения состава крови (до 70 бэр), при дозах 100−150 бэр наступает легкая стадия лучевой болезни, а при дозах в 450 бэр около 50% людей погибает. Ионизирующее излуче­ние проявляет канцерогенное действие, являясь причиной рако­вых заболеваний и наследственных изменений. Основными источниками ионизирующих излучений антро­погенного происхождения являются ядерные реакторы, устрой­ства военного назначения, приборы, использующие различные изотопы, устройства−источники рентгеновского излучения, ра­диоактивные отходы. Отметим, что интенсивное внедрение ядер­ных энергетических установок на АЭС и в транспортных средствах было объективно обусловлено как проблемами с топливом, так и техническим прогрессом. Поэтому, не снижая остроты вопроса о радиационной опасности таких реакторов, человечество должно стремиться к его решению на пути создания высоконадежных ус­тановок с максимальной степенью защиты и жесткой регламен­тацией условий их эксплуатации. Это связано с тем, что, по мне­нию специалистов, современные реакторы создают радиацион­ную опасность только при авариях, нарушениях условий их эксплуатации, что имело место при известной катастрофе на Черно­быльской АЭС. Что касается современных технических приборов и устройств — источников ионизирующих излучений, то при грамотной их эксплуатации случаи поражений человека практически не наблю­даются. Одними из энергетических загрязнений, получившими особое распространение в техносфере, являются вибрации, возникающие при работе промышленных установок, транспортных средств, дви­гателей и др. У человека вибрации могут вызвать как легкие психи­ческие и физиологические расстройства, так и серьезные пораже­ния, такие как деформация и отрыв органов при резонансе, тяже­лые профессиональные заболевания при длительном контакте с источником механических колебаний Вибрации являются причи­ной многих аварий и катастроф, связанных с разрушениями тех­нических устройств, зданий, сооружений и др.

Рис. 63. Усыхание хвои ели обыкновенной на уплотненных почвах Рис. 64. Дерево, усохшее в результате вытаптывания корневой системы