ปัญหาพลังงานของมนุษย์และวิธีแก้ปัญหา

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ปัญหาพลังงานของมนุษย์ทุกปีเริ่มแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ ทั้งนี้เนื่องมาจากการเติบโตของประชากรโลกและการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างเข้มข้น ซึ่งนำไปสู่ระดับการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แม้จะมีการใช้นิวเคลียร์ พลังงานทางเลือก และไฟฟ้าพลังน้ำ ผู้คนยังคงแยกส่วนเชื้อเพลิงของสิงโตออกจากส่วนลึกของโลก น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหินเป็นทรัพยากรพลังงานธรรมชาติที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ และตอนนี้ปริมาณสำรองของพวกมันก็ลดลงจนเหลือระดับวิกฤตแล้ว

จุดเริ่มต้นของจุดจบ

โลกาภิวัตน์ของปัญหาพลังงานของมนุษยชาติเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อยุคน้ำมันราคาถูกสิ้นสุดลง การขาดแคลนและการเพิ่มขึ้นของราคาเชื้อเพลิงประเภทนี้ทำให้เกิดวิกฤตเศรษฐกิจโลกอย่างรุนแรง และแม้ว่าต้นทุนจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ปริมาณก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นปัญหาด้านพลังงานและวัตถุดิบมนุษยชาติเริ่มเฉียบคมขึ้น

ตัวอย่างเช่น ในช่วงทศวรรษที่ 60 ถึง 80 ของศตวรรษที่ 20 ปริมาณการผลิตถ่านหินของโลกอยู่ที่ 40% น้ำมัน 75% ก๊าซธรรมชาติ 80% ของปริมาณทรัพยากรทั้งหมด ใช้ตั้งแต่ต้นศตวรรษ.

แม้ว่าการขาดแคลนเชื้อเพลิงเริ่มต้นขึ้นในยุค 70 และปรากฏว่าปัญหาด้านพลังงานเป็นปัญหาระดับโลกสำหรับมนุษยชาติ แต่การคาดการณ์ไม่ได้ช่วยให้มีการบริโภคเพิ่มขึ้น มีการวางแผนว่าภายในปี 2543 ปริมาณการสกัดแร่จะเพิ่มขึ้น 3 เท่า ต่อจากนั้น แผนเหล่านี้ก็ลดลง แต่ผลจากการใช้ทรัพยากรอย่างสิ้นเปลืองอย่างสิ้นเปลืองซึ่งกินเวลานานหลายทศวรรษ วันนี้จึงหมดไปในทางปฏิบัติ

ประเด็นทางภูมิศาสตร์หลักของปัญหาพลังงานของมนุษยชาติ

สาเหตุหนึ่งที่ทำให้การขาดแคลนเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นคือสภาวะการสกัดน้ำมันที่รุนแรงขึ้น และเป็นผลให้ต้นทุนในกระบวนการนี้สูงขึ้น หากไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมามีทรัพยากรธรรมชาติอยู่บนพื้นผิว วันนี้เราต้องเพิ่มความลึกของเหมือง ก๊าซ และบ่อน้ำมันอย่างต่อเนื่อง สภาพการขุดและทางธรณีวิทยาของการเกิดแหล่งพลังงานในเขตอุตสาหกรรมเก่าของอเมริกาเหนือ ยุโรปตะวันตก รัสเซีย และยูเครนได้เสื่อมโทรมลงอย่างเห็นได้ชัด

เมื่อพิจารณาจากแง่มุมทางภูมิศาสตร์ของปัญหาด้านพลังงานและวัตถุดิบของมนุษยชาติแล้ว ต้องบอกว่าทางออกของพวกเขาอยู่ที่การขยายพรมแดนด้านทรัพยากร ต้องเรียนรู้ใหม่พื้นที่ที่มีการขุดแร่เบาและสภาพทางธรณีวิทยา จึงสามารถลดต้นทุนการผลิตเชื้อเพลิงได้ อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงว่าความเข้มข้นของเงินทุนโดยรวมของการแยกแหล่งพลังงานในสถานที่ใหม่มักจะสูงกว่ามาก

ด้านเศรษฐกิจและภูมิศาสตร์การเมืองของปัญหาพลังงานและวัตถุดิบของมนุษยชาติ

ปริมาณสำรองเชื้อเพลิงธรรมชาติที่หมดลงนำไปสู่การแข่งขันที่รุนแรงในด้านเศรษฐกิจ การเมือง และภูมิรัฐศาสตร์ บริษัทเชื้อเพลิงยักษ์ใหญ่มีส่วนร่วมในแผนกเชื้อเพลิงและทรัพยากรพลังงาน และการกระจายขอบเขตอิทธิพลในอุตสาหกรรมนี้ ซึ่งนำไปสู่ความผันผวนของราคาอย่างต่อเนื่องในตลาดโลกสำหรับก๊าซ ถ่านหิน และน้ำมัน ความไม่แน่นอนของสถานการณ์ทำให้ปัญหาพลังงานของมนุษยชาติรุนแรงยิ่งขึ้น

ความมั่นคงด้านพลังงานทั่วโลก

แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้เมื่อต้นศตวรรษที่ 21 หลักการของกลยุทธ์ในการรักษาความปลอดภัยดังกล่าวทำให้มีแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้ ในระยะยาว และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยราคาจะมีความสมเหตุสมผลและเหมาะสมกับประเทศทั้งการส่งออกและนำเข้าเชื้อเพลิง

การดำเนินการตามยุทธศาสตร์นี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อขจัดสาเหตุของปัญหาพลังงานของมนุษยชาติแล้ว และมาตรการเชิงปฏิบัติมุ่งเป้าไปที่การขับเคลื่อนเศรษฐกิจโลกด้วยเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมและพลังงานจากแหล่งทางเลือก นอกจากนี้ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการพัฒนาพลังงานทดแทน

นโยบายการประหยัดพลังงาน

ในช่วงเวลาที่น้ำมันราคาถูก หลายประเทศทั่วโลกได้พัฒนาเศรษฐกิจที่ใช้ทรัพยากรมาก ประการแรก ปรากฏการณ์นี้พบได้ในรัฐที่อุดมไปด้วยทรัพยากรแร่ รายชื่อดังกล่าวอยู่ในอันดับต้นๆ ของสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา แคนาดา จีน และออสเตรเลีย ในเวลาเดียวกัน ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเทียบเท่าในสหภาพโซเวียตนั้นมากกว่าในอเมริกาหลายเท่า

สถานการณ์นี้จำเป็นต้องมีการแนะนำนโยบายประหยัดพลังงานในประเทศ อุตสาหกรรม การขนส่ง และภาคอื่นๆ ของเศรษฐกิจอย่างเร่งด่วน โดยคำนึงถึงทุกแง่มุมของปัญหาด้านพลังงานและวัตถุดิบของมนุษยชาติ เทคโนโลยีที่มุ่งลดความเข้มของพลังงานเฉพาะของ GDP ของประเทศเหล่านี้เริ่มได้รับการพัฒนาและดำเนินการ และโครงสร้างเศรษฐกิจทั้งหมดของเศรษฐกิจโลกกำลังถูกสร้างขึ้นใหม่

สำเร็จและล้มเหลว

ความสำเร็จที่โดดเด่นที่สุดในด้านการอนุรักษ์พลังงานได้รับความสำเร็จโดยประเทศที่พัฒนาทางเศรษฐกิจของตะวันตก ในช่วง 15 ปีแรก พวกเขาสามารถลดความเข้มของพลังงานของ GDP ลงได้ 1/3 ซึ่งทำให้ส่วนแบ่งการใช้พลังงานของโลกลดลงจาก 60 เป็น 48 เปอร์เซ็นต์ จนถึงปัจจุบัน แนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไป โดยการเติบโตของ GDP ในตะวันตกแซงหน้าปริมาณการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้น

สถานการณ์เลวร้ายลงมากในยุโรปกลางและยุโรปตะวันออก จีน และกลุ่มประเทศ CIS ความเข้มข้นของพลังงานในระบบเศรษฐกิจลดลงช้ามาก แต่ผู้นำต่อต้านเรตติ้งทางเศรษฐกิจคือประเทศกำลังพัฒนา ตัวอย่างเช่น ในประเทศแอฟริกาและเอเชียส่วนใหญ่การสูญเสียเชื้อเพลิงที่เกี่ยวข้อง (ก๊าซธรรมชาติและน้ำมัน) มีตั้งแต่ 80 ถึง 100 เปอร์เซ็นต์

ความเป็นจริงและอนาคต

ปัญหาด้านพลังงานของมนุษยชาติและแนวทางแก้ไขในปัจจุบันนี้ เป็นปัญหาที่คนทั้งโลกกังวล เพื่อปรับปรุงสถานการณ์ที่มีอยู่ มีการแนะนำนวัตกรรมทางเทคนิคและเทคโนโลยีต่างๆ เพื่อประหยัดพลังงาน มีการปรับปรุงอุปกรณ์อุตสาหกรรมและเทศบาล มีการผลิตรถยนต์ที่ประหยัดน้ำมันมากขึ้น เป็นต้น

ท่ามกลางมาตรการเศรษฐกิจมหภาคเบื้องต้นคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการบริโภคก๊าซ ถ่านหิน และน้ำมันอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยคาดว่าจะเพิ่มส่วนแบ่งของแหล่งพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมและพลังงานหมุนเวียน

เพื่อแก้ปัญหาพลังงานของมนุษยชาติให้ประสบความสำเร็จ จำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการพัฒนาและการนำเทคโนโลยีใหม่ที่เป็นพื้นฐานมาใช้ในขั้นตอนปัจจุบันของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์

ด้านที่มีแนวโน้มมากที่สุดด้านการจัดหาพลังงานคือพลังงานนิวเคลียร์ ในประเทศที่พัฒนาแล้วบางประเทศ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นใหม่ได้เริ่มดำเนินการแล้ว นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์กำลังพูดคุยกันอย่างแข็งขันอีกครั้งในหัวข้อของเครื่องปฏิกรณ์ที่ขับเคลื่อนโดยเซลล์ประสาทเร็ว ซึ่งครั้งหนึ่งเคยจินตนาการไว้ จะกลายเป็นคลื่นพลังงานนิวเคลียร์ลูกใหม่และมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม การพัฒนาของพวกเขาหยุดลง แต่ตอนนี้ ปัญหานี้มีความเกี่ยวข้องอีกครั้ง

ใช้เครื่องกำเนิด MHD

แปลงพลังงานความร้อนเป็นไฟฟ้าโดยตรงโดยไม่ต้องใช้หม้อไอน้ำและกังหันดำเนินการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไฮโดรไดนามิก การพัฒนาทิศทางที่มีแนวโน้มดีนี้เริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในปี 1971 MHD อุตสาหกรรมนำร่องเครื่องแรกที่มีความจุ 25,000 กิโลวัตต์เปิดตัวในมอสโก

ข้อดีหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไฮโดรไดนามิกคือ:

• ประสิทธิภาพสูง;
• สิ่งแวดล้อม (ไม่มีการปล่อยมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศ);
• เริ่มทันที

เครื่องกำเนิดความเย็นแบบแช่แข็ง

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดอุณหภูมิแบบเย็นคือโรเตอร์ถูกทำให้เย็นลงด้วยฮีเลียมเหลว ซึ่งส่งผลให้เกิดความเป็นตัวนำยิ่งยวด ข้อดีที่เถียงไม่ได้ของหน่วยนี้ ได้แก่ ประสิทธิภาพสูง น้ำหนักเบา และขนาด

ต้นแบบนำร่องของเทอร์โบเจเนอเรเตอร์แบบแช่แข็งถูกสร้างขึ้นในยุคโซเวียต และขณะนี้การพัฒนาที่คล้ายกันกำลังอยู่ในญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา และประเทศพัฒนาแล้วอื่นๆ

ไฮโดรเจน

การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงมีแนวโน้มที่ดี ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่าเทคโนโลยีนี้จะช่วยแก้ปัญหาที่สำคัญที่สุดของมนุษย์ทั่วโลก นั่นคือปัญหาด้านพลังงานและวัตถุดิบ ประการแรก เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะกลายเป็นพลังงานทางเลือกแทนแหล่งพลังงานธรรมชาติในวิศวกรรมเครื่องกล รถยนต์ไฮโดรเจนคันแรกถูกสร้างขึ้นโดยบริษัท Mazda ของญี่ปุ่นในช่วงต้นทศวรรษ 90 โดยได้มีการพัฒนาเครื่องยนต์ใหม่สำหรับมัน การทดลองประสบความสำเร็จค่อนข้างมาก ซึ่งยืนยันคำมั่นสัญญาของทิศทางนี้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้ไฮโดรเจนเช่นกัน น้ำมันไหลผ่านเมมเบรนโพลีเมอร์ที่มีสารพิเศษ - ตัวเร่งปฏิกิริยา เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีกับออกซิเจน ไฮโดรเจนเองจะถูกแปลงเป็นน้ำ ปล่อยพลังงานเคมีระหว่างการเผาไหม้ ซึ่งจะกลายเป็นพลังงานไฟฟ้า

เครื่องยนต์เซลล์เชื้อเพลิงมีประสิทธิภาพสูงสุด (มากกว่า 70%) ซึ่งมากกว่าโรงไฟฟ้าทั่วไปถึงสองเท่า นอกจากนี้ยังใช้งานง่าย เงียบระหว่างการทำงานและไม่ต้องการการซ่อมแซม

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ เซลล์เชื้อเพลิงมีขอบเขตที่แคบ เช่น ในการวิจัยอวกาศ แต่ตอนนี้ การทำงานเกี่ยวกับการแนะนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเคมีไฟฟ้ากำลังดำเนินการอย่างแข็งขันในประเทศที่พัฒนาทางเศรษฐกิจส่วนใหญ่ ซึ่งญี่ปุ่นครอบครองสถานที่แรก พลังงานทั้งหมดของหน่วยเหล่านี้ในโลกมีหน่วยวัดเป็นล้านกิโลวัตต์ ตัวอย่างเช่น นิวยอร์กและโตเกียว มีโรงไฟฟ้าที่ใช้เซลล์ดังกล่าวอยู่แล้ว และผู้ผลิตรถยนต์สัญชาติเยอรมัน Daimler-Benz เป็นคนแรกที่สร้างต้นแบบการทำงานของรถยนต์ที่มีเครื่องยนต์ที่ทำงานบนหลักการนี้

เทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันควบคุม

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่การวิจัยได้ดำเนินการในด้านพลังงานแสนสาหัส พลังงานปรมาณูขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาของนิวเคลียร์ฟิชชัน และพลังงานความร้อนนิวเคลียร์จะขึ้นอยู่กับกระบวนการย้อนกลับ - นิวเคลียสของไอโซโทปไฮโดรเจน (ดิวเทอเรียม ทริเทียม) ผสานกัน ในกระบวนการเผาไหม้นิวเคลียสของดิวเทอเรียม 1 กิโลกรัม ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นมากกว่าพลังงานที่ได้จากถ่านหินถึง 10 ล้านเท่า ผลลัพธ์น่าประทับใจจริงๆ! นั่นคือเหตุผลที่พลังงานแสนสาหัสถือเป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการแก้ปัญหาของโลกขาดพลังงาน

พยากรณ์

วันนี้มีสถานการณ์ต่างๆ สำหรับการพัฒนาสถานการณ์ในภาคพลังงานโลกในอนาคต ตามที่บางคนกล่าวว่าภายในปี 2060 การใช้พลังงานเทียบเท่าน้ำมันทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นเป็น 20 พันล้านตัน ในขณะเดียวกันในแง่ของการบริโภค ประเทศกำลังพัฒนาจะแซงหน้าประเทศที่พัฒนาแล้ว

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 21 ปริมาณแหล่งพลังงานฟอสซิลควรลดลงอย่างมาก แต่ส่วนแบ่งของแหล่งพลังงานหมุนเวียน โดยเฉพาะแหล่งลม แสงอาทิตย์ ความร้อนใต้พิภพ และกระแสน้ำ จะเพิ่มขึ้น