stiintific - sursele de energie si viitorul omenirii

stiintific - sursele de energie si viitorul omenirii

Este un fapt binecunoscut ca modelul actual de dezvoltare economica, bazat pe o crestere continua, e indisolubil legat de un consum mereu sporit de energie.

Acest spor accelerat al necesarului de energie rezulta atat din explozia demografica (populatia globului a crescut de la 2 mld. in anul 1927 la peste 6,5 mld. in prezent si se crede ca va trece de 9 mld in anul 2050), cat si din inmultirea tarilor care, precum India, China, sau Brazilia, se orienteaza rapid spre tipul de economie caracterizat printr-un enorm consum de energie - infrastructura moderna, industrie in plina expansiune, agricultura intensiva, pondere mare a serviciilor, tehnologie de varf in informatica si telecomunicatii etc. Desi o cincime din populatia globului nu are insa acces la electricitate, iar doua cincimi isi mai acopera necesarul de energie in mo d traditional, adica mai ales din biomasa (lemne de foc, paie, stuf, etc.), ponderea acestor categorii se afla in scadere. Omenirea este deci in tot mai mare masura dependenta de sursele de energie, ceea ce ca preocuparea pentru asigurarea lor pe termen lung sa fie in prezent o componenta importanta a strategiei politice la nivel national si supranational. Studiile intreprinse in aceasta directie arata insa fara echivoc ca resursele existente nu pot tine pasul, in structura lor actuala, cu cresterea necesarului si ca exista pericolul sa se ajunga la o criza de proportii, cu urmari economice, sociale si politice catastrofale. Un al doilea mare risc, decurgand din tehnologia predominanta de producere a energiei, este accelerarea efectului de sera, datorat in principal (dar nu numai ) emisiei de bioxid de carbon, efect cu consecinte drastice pentru stabilitatea climei, care se fac de pe acum observate.

Un citat al Agentiei Internationale pentru energie, precizeaza ca: ".setea globala de energie este potolita in proportie de peste 85% prin arderea de combustibili fosili.".

Cateva date sunt relevante pentru ritmul cresterii necesarului mondial de energie: daca in anul 2000 consumul global s-a cifrat la 9,1 Gtoe (gigatone echivalent de petrol), se apreciaza ca necesarul va atinge 11-11,5 Gtoe in 2010; 13,5-14 Gtoe in 2020 si 16,3 Gtoe in 2030, ceea ce reprezinta o rata medie de crestere anuala de 1,7% -ce-i drept, ceva mai redusa decat in ultimele trei decenii, cand rata a fost de 2 %. Exprimate in echivalent de energie electrica, cifrele sunt si mai impresionante: in anul 2004, de pilda, consumul mondial reprezenta 118.858.600.000.000 kWh (cca 119.000.000 MWh), si se considera ca pana in anul 2050 necesarul de energie se va dubla.

Pentru a asigura cresterea productiei in ritmul impus de cresterea estimata a consumului, se apreciaza ca vor fi necesare investitii in valoare totala de 16.500 mld $-jumatate dintre acestea, in vederea construirii de noi centrale electrice.

Soarele reprezinta pentru omenire sursa de energie primordiala, prin intermediul proceselor fotochimice producatoare de biomasa si, in ultima instanta, de combustibilii fosili (carbune, petrol, gaze naturale), dar si nemijlocit, prin panourile solare cu conversie termica sau fotovoltaica. Sau, ceva mai ocolit, prin centrale hidroelectrice ori generatoarele eoliene: astrul zilei este cel care pune in miscare atat circuitul apei in natura, care alimenteaza izvoarele si fluviile, cat si curentii de aer care pun in miscare rotoarele generatoarelor eoliene. Alte surse, independente de aportul Soarelui, sunt doar energia nucleara, energia mareelor si centralele geotermice. Intensitatea radiatiei solare atinge 1,367 kW/mp la limita atmosferei si cca 1kw/mp la sol -restul fiind absorbit de atmosfera si convertit in caldura sau reflectat in spatiul cosmic. Cantitatea de energie primita pe aceasta cale de la Soare este de 10.000 de ori mai mare decat actualul consum de energie primara, astfel ca, prin punerea la punct a unor procedee eficiente de captare, asigurarea necesarului de energie pe termen lung n-ar fi o problema insolubila.

Di productia totala de energie, petrolul livreaza 40%, gazele naturale 22,5%, carbunele 23,3%, pe cand hidrocentralele 7%, iar energia nucleara doar 5%. Pe plan mondial, ponderea circulatiei si transportului in cadrul consumului de petrol a crescut in ultimele trei decenii de la 42% la peste 57%; necesarul de energie din acest sector va continua sa creasca mai repede decat media generala de 1,7%.

Cu exceptia zacamintelor conventionale de petrol, unde in raport cu cresterea necesarului situatia este deosebit de critica, se poate totusi ca rezervele globale sa asigure acoperirea necesarului de energie pe termen lung, sau macar pana la atingerea acelui nivel de eficienta a valorificarii surselor alternative de energie, care sa faca rentabila utilizarea lor pe scara larga. Desi exista importante zacaminte de petrol neconventional (bitum, sisturi si nisipuri bituminoase), ezplorarea lor nu a ajuns inca sa fie rentabila, ceea ce ar fi totusi de asteptat sa se intample pe masura cresterii pretului petrolului conventional; insa chiar si atunci se crede ca ponderea lor nu va trece de 5-10% pana in anul 2020.

In privinta gazelor naturale, volumul cumulat al productiei pana la sfarsitul anului 2005 era de 81mil Mmc, reprezentand 31% din totalul rezervelor cunoscute. Rezervele inca neexploatate (concentrate in principal in Rusia, Iran si Qatar) se cifrau la 179 mil Mmc. Potentialul disponibil de gaze naturale conventionale se afla astfel, in privinta continutului energetic, cam la nivelul unei cincimi dintr-acela al petrolului conventional. Cat priveste zacamintele neconventionale de gaze naturale, estimarile inca sunt foarte aproximative. Se apreciaza ca numai in hidrate (legaturi moleculare intre gaze si apa, stabile in conditiile de presiune si temperatura din mari, la adancimi de peste 500m) si acvifere (panze de ape freatice) sunt continute cantitati de ordinul a 500 pana la 800 mil mc, ceea ce depaseste cu mult potentialul din domeniul conventional.

Carbunele e disponibil in cantitati considerabile, avand o distributie echilibrata la nivel de glob, astfel, rezervele de carbune se cifrau in anul 2005 la 696 Gt echivalent de huila, fata de o productie anuala de 4,184Gt. Se apreciaza ca necesarul de carbune, chiar in crestere, va putea fi asigurat pe cel putin viitorii o suta de ani. Daca in privinta consumului global, carbunele se afla pe locul secund, mult in urma petrolului, la productia de energie electrica ocupa primul loc 937% din total), 60% din extractia totala fiind destinata acestui scop. Din pacate, randamentul centralelor termoelectrice pe carbune este in general scazut(20%), cu o emisie masiva de bioxid de carbon (1.600 g CO2/kWh).

Rezervele actuale de uraniu (1,95 Mt) pot asigura pe cateve decenii functionarea celor 400 centrale nucleare care exista pe mapamond. Productia de uraniu in anul 2005 era de 41.870 tone. Rezervele si resursele sunt concentrate in proportie de 96% in zece tari, patru dintre acestea (Australia, Canada, Kazahstan si Niger) detin 74% din totalul rezervelor. Pe de alta parte, se stie ca tehnologia nucleara bazata pe fisiune prezinta riscuri si aspecte nemultumitor solutionate (depozitarea rezidurilor radioactive), motiv pentru care unel tari sunt pe cale sa renunte la utilizarea ei, desi din punct de vedere ecologic are avantajul producerii curentului electric fara emisie de bioxid de carbon sau alte gaze stimulatoare ale efectului de sera.

Observatie privind diferenta intre rezervele si resursele de combustibili, indiferent ca sunt fosili sau nucleari.

Resursele energetice sunt cele disponibile a fi folosite cu tehnologiile actuale;

Rezervele energetice includ resursele energetice si in plus ceea ce inca nu a fost descoperit si eventualele cresteri de energie care va putea fi produsa din resursele actuale pe baza unor tehnologii noi.

Pe langa consecintele amintite ale epuizarii treptate a resurselor de combustibili fosili, efectele ecologice ale utilizarii acestora- incalzirea globala, modificarea in ritm accelerat a climei -pledeaza astazi pentru intensificarea eforturilor de valorificare a surselor alternative, regenerabile, de energie. Se crede in prezent, ca potentialul hidroenergetic este de 9 pana la 12 ori mai mare decat cel al centralelor existente. Tehnica fotovoltaica a atins un randament de 15%, astfel ca doar pe 1% din suprafata actuala ocupata cu livezi si pasuni ar fi dispuse colectoare solare, ar putea fi acoperit intregul consum actual de energie. O suprafata similara este ocupata in prezent de lacurile de acumulare ale hidrocentralelor, numai ca productia de energie pe unitatea de suprafata este de 50 -100 de ori mai mica decat a celulelor fotoelectrice. Colectoarele termice montate pe acoperisuri pot si ele transforma pana la 70-80% din energia solara captata in caldura.

Un potential considerabil il reprezinta energia eoliana: pe termen lung, el este estimat ca depasind de cinci ori consumul actual de energie -numai ca impanzirea unor mari teritorii cu piloni gigantici ar fi greu de imaginat nu numai din considerente peisagistice, ci si pentru efecte secundare precum poluarea sonora sau periclitarea zburatoarelor.

Energia geotermala, a mareelor, a valurilor, sunt alte forme regenerabile care, printr-o dezvoltare de tehnologii corespunzatoare, ar putea modifica bilantul in favoarea unui dezirabil echilibru ecologic, la fel ca si utilizarea biomasei, biogazului, a combustibililor obtinuti pe baze biologice, cum ar fi etanolul.

Principala piedica in calea extinderii acestor solutii alternative ramane eficienta lor economica redusa, dar se considera ca, pe mesura cresterii pretului combustibililor fosili, in primul rand al petrolului, aplicarea lor va deveni tot mai rentabila.

Nu in ultimul rand, o contributie importanta la prevenirea in ultimul moment a unei catrastofe climatice, ca si la atenuarea riscurilor legate de atingerea si depasirea in viitorul apropiat a varfului de productie de petrol si gaze naturale, pot aduce sporirea eficientei de utilizare a resurselor, reducerea consumului specific, economia riguroasa a energiei, prin masuri aflate, in buna parte, la indemana noastra, a tuturor. Nu-i vorba aici de numai de tehnologii sofisticate sau de investitii coplesitoare, atarnand de interesul si bunavointa marii industrii, ci si de asemenea lucruri simple, cum ar fi inlocuirea becului cu incandescenta cu cel fluorescent, izolarea mai buna a locuintei (geamul termopan), optiunea pentru un automobil cu consum redus de carburant, preferinta pentru transportul in comun s.a.m.d. In ultima instanta, viitorul, inclusiv cel energetic, depinde de fiecare dintre noi.

Cauzele producerii incalzirii globale si efectele acesteia

In cele ce urmeaza voi prezenta cateva extrase din documentul intitulat "Schimbarile climatice 2007: fundamente fizice-sumar pentru politicieni", publicat la inceputul lunii februarie de catre un grup de cercetatori al Intergovernmental Panel on Climate Change, in cadrul conferintei mondiale ce a avut loc la Paris intre 29 ianuarie si 1 februarie, 2007.

Factorii umani si naturali responsabili de schimbarile climatice:

Bioxidul de carbon, este cel mai important gaz producator de efect de sera si este rezultatul activitatilor umane. Concentratia de CO2 a crescut de la 280 ppm, nivelul din perioada preindustriala, pana la 379 ppm in 2005. Valoarea din 2005 reprezinta un maximum istoric. Ea nu a mai fost atinsa in ultimii 650.000 de ani. Trebuie remarcat faptul ca ritmul de crestere anuala a concentratiei de CO2 a fost 1,4 ppm/an, in perioada 1960 - 2005, iar in ultimii 10 ani (1995 - 2005) cresterea a fost de 1,9 ppm/an.

Sursa principala a cresterii continue a concentratiei de CO2, fata de perioada preindustriala, este reprezentata de arderea combustibililor fosili. Felul in care utilizam suprafata terestra are la randul sau o contributie semnificativa, dar de o amploare mai mica, in raport cu arderea combustibililor fosili. Cresterea anuala de emisii de bioxid de carbon, provocata de arderea combustibililor fosili, a fost de 23, 48 GtCO2 in anii 1990 si a ajuns la 26,42GtCO2 in perioada 2000-2005. In ceea ce priveste utilizarea suprafetei terestre, se estimeaza ca ea a contribuit anual, in medie, cu 5,87GtCO2 in perioada anilor 1990.

Concentratia globala de gaz metan a crescut de la 715 ppb (parti per miliard) in perioada preindustriala, la 1.732 ppb la inceputul anilor 1990, ajungand in 2005 la 1.774 ppb. Valoarea actuala a concentratiei de gaz metan depaseste cu mult valorile inregistrate in ultimii 650.000de ani. Este foarte probabil ca aceasta crestere sa fie rezultatul activitatilor umane, dar este posibil sa existe si alte surse, care deocamdata nu au putut fi bine precizate.

Concentrtia globala de oxizi de azot a crescut de la 270 ppb, in perioada industriala, la 319 ppb in 2005. Rata de crestere a ramas aproximativ constanta incepand cu 1980. Mai mult de o treime din emisiile de oxizi de azot sunt rezultatul activitatilor umane, in special agriculturii.

Contributia la bilantul radiativ, masurata in W/mp, reprezinta influenta asupra echilibrului dintre energia primita de la Soare si cea reintoarsa in spatiu. Mai simplu exprimat, se poate spune ca o valoare pozitiva a contributiei la bilantul radiativ semnifica o crestere a efectului de sera, iar una negativa semnifica o scadere a efectului de sera. Sunt prezentate valorile care reprezinta modificarile fata de valorile din anul 1750, an considerat ca moment al inceputului revolutiei industriale.

Primul lucru care trebuie remarcat este faptul, foarte probabil, ca numai activitatile umane au dus la o crestere a bilantului radiativ, fata de anul de referinta, 1750, cu +1,6W/mp.

Este detaliata pe componente contributia la bilantul radiativ, a celorlalti factori.

Efectul combinat al bioxidului de carbon, metanului si al oxizilor de azot a dus la o crestere de +2,3W/mp la bilantul radiativ. Foarte probabil viteza de crestere in perioada de dupa 1750 este cea mai mare din ultimii 10.000 de ani.

Contributia aerosolilor produsi de om (particule mici de praf care plutesc in atmosfera, alcatuite in principal din sulfati, carbon, azotati) duce la racirea atmosferei; ei contribuind la bilantul radiativ cu -0,5W/mp. Cantitatea de aerosoli din atmosfera a putut fi bine determinata prin observatii de la sol si din spatiu. Deocamdata exista un grad mare de incertitudine asupra contributiei lor la bilantul radiativ. De asemenea trebuie tinut seama de faptul ca aerosolii au o puternica influenta asupra formarii norilor si precipitatiilor.

Exista si alti factori antropogenici (antropogenic= fenomen datorat actiunii omului cu urmari in special asupra evolutiei reliefului),care contribuie la bilantul radiativ. De exemplu, modificarile in ozonul troposferic produse de catre substantele chimice care contribuie la formarea sa; modificarile produse de reflectivitatea Terrei, datorate modificarilor suprefetei terestre in urma despaduririlor si suprafetelor agricole au o contributie de +0,4W/mp, iar depunerea pe suprafetele acoperite de zapada de aerosoli pe baza de carbon contribuie cu +0,1W/mp; modificarile in fluxul de radiatii sosite de la Soare au contribuit la echilibrul radiativ cu +0,12- +0,18W/mp.

Observatii directe ale schimbarilor climatice

Faptul ca asistam la o incalzire globala a climei terestre este lipsit de echivoc. Avem acum destule date care ne confirma o crestere globala a temperaturii oceanelor si atmosferei, constatandu-se o topire rapida a ghetarilor si o crestere a nivelului oceanelor.

Ultimii 11 ani (1995 - 2006) au fost cei mai calzi 11 ani de cand exista inregistrari instrumentale a temperaturii (din 1850). Intre 1906 si 2005 temperatura medie a crescut cu 0,74 grade Celsius. Observatiile efectuate incepand cu anul 1961 indica o crestere a temperaturii globale a oceanelor la adancimi de 3.000m. Aceasta arata ca oceanele au absorbit mai mult de 80% din caldura suplimentara introdusa in sistemul climatic, fapt ce a dus si la cresterea nivelului oceanelor.

Cauzele si efectele incalzirii globale

Cresterea temperaturii globale in secolul XX este foarte probabil provocata de cresterea concentratiei de gaze cu efect de sera cu origine antropogenica. Aceasta concluzie difera sensibil de cea din rapoartele anterioare, in care implicarea omului era doar probabila. Este pentru prima oara cand un raport al unui grup de cercetatori afirma foarte clar ca omul este principalul vinovat de incalzirea climei. Iata si cateva detalii:

Este posibil ca emisiile de gaze cu efect de sera sa aiba o contributie mult mai mare asupra incalzirii climei. Efectele lor au fost atenuate de eruptiilenvulcanice produse in acest interval si de catre aerosolii produsi prin activitati industriale.

Efectele observate la scara globala (incalzirea atmosferei si oceanelor, topirea ghetarilor si a calotelor polare etc.) sustin concluzia conform careia este foarte putin probabil ca ele sa aiba numai cauze naturale. Incalzirea sistemului climatic poate fi constatata pe mai multe cai. Asistam la modificarea temperaturii atmosferei, a suprafetei oceanelor si in cresterea nivelului lor. Cresterea temperaturilor in troposfera si scaderea lor in stratosfera sunt foarte probabil provocate de catre gazele cu efect de sera si, respectiv, de saracirea in ozon a stratosferei. Este probabil ca incalzirea produsa din cauze de care omul este vinovat sa fi atins in ultimii 50 de ani toate continentele, mai putin Antartica. Analiza datelor privitoare la incalzire, prin care se constata o mai mare incalzire deasupra solului, decat a oceanelor, si compararea lor cu modelele climatice ne arata ca nu putem sa explicam valorile obtinute decat daca introducem factori antropogenici. Faptul ca numai modelele climatice care introduc consecintele activitatii umane se suprapun peste valorile masurate constituie un argument puternic in favoarea originii umane a actualului proces de incalzire a climei.