Рудные полезные ископаемые возобновимые или нет

Растет население планеты, уменьшается количество невозобновляемых ресурсов, которые все труднее добывать. Увеличивается стоимость исчерпаемых и возобновимых ресурсов. Ежегодно миллионы людей гибнут от голода, болезней, низкого уровня жизни. Даже пресной питьевой воды на всех уже не хватает.

Чтобы выжить, человечеству придется в ближайшем обозримом будущем научиться эффективно использовать имеющиеся на планете ресурсы. Предстоит разработать, а затем повсеместно применить технологии их возобновления.

Что такое природные ресурсы

Комплекс всех элементов живой и неживой природы, используемый человечеством для удовлетворения своих нужд, принято называть полезными природными ресурсами.

Виды

Классификация природных ресурсов зависит от их происхождения: почвенные, лесные, водные, биологические, сырьевые, энергетические, климатические, минеральные ресурсы. По степени замещения они также подразделяются на заменимые и незаменимые.

Часть ресурсов используется повторно. В мире более 30 % стали и цветных металлов выплавляется из металлолома. Кроме того, развитие технологий позволило заменить изделиями из пластмасс, карбона, других синтетических материалов традиционно применяемые черные и цветные металлы, дерево. Энергопотребление современных производственных предприятий в пересчете на единицу готового продукта постоянно снижается. Такие тенденции приводят не только к снижению себестоимости изделий, но также к существенной экономии невосстанавливающихся источников сырья и энергии.

Возобновляемые

На рубеже XIX и XX веков гениальным сербским ученым Николой Тесла был изобретен трехфазный генератор электрического тока. Переменный ток изменил ход истории цивилизации, дал мощный технологический толчок развитию производства, транспорта, другим сферам деятельности человечества. До этого использовался только постоянный ток, применение которого ограничивалось радиусом 300 метров от генератора. На больших расстояниях сопротивление движению тока делало бессмысленным работу электрических схем.

Заказчиками Николы Теслы были крупнейшие американские магнаты Морган и Вестингауз. Для них ученый строил мощные электрогенераторы для установки на речных плотинах. Так начиналась эпоха масштабного эксплуатирования одного из возобновляемых источников — энергии рек.

Усилиями ученых постоянно повышается эффективность солнечных панелей. Коэффициент полезного действия (КПД) преобразователей волновой энергии Солнца в электрический ток достигает 30 % на экспериментальных моделях. Но по-прежнему максимальную экономическую эффективность солнечные панели имеют при размещении на экваторе, в тропиках, субтропиках, а также в горах.

Ветровые генераторы размещают чаще всего на побережье морей и океанов, где даже в полный штиль дует утренний и вечерний бриз. Он возникает из-за разности температур водной и земной поверхности. Из-за конвективных процессов вода ночью интенсивнее остывает, чем почва, а днем наоборот — верхние водные слои быстрее нагреваются солнечными лучами.

Переменчивость погодных условий, от которых напрямую зависит КПД ветряков и солнечных панелей, сдерживает их применение. Для сглаживания пиков производства и потребления электроэнергии требуется большое количество аккумуляторов энергии. Но литий-ионные батареи пока еще очень дороги, поскольку в них применяются редкоземельные литий и кобальт.

В начале семидесятых годов прошлого столетия произошел первый энергетический кризис мирового масштаба. Поиски экономичных способов отопления привели к созданию устройств, способных собирать из окружающий среды энергию, идущую от центра Земли, концентрировать ее и направлять на обогрев дома. Например, разложить контур теплообменника по дну близлежащего водоема или опустить его в пробуренные рядом с домом скважины.

Вращающийся вокруг Земли спутник Луна имеет огромную массу, поэтому под действием ее гравитации морская вода постоянно перемещается. Из-за этого происходят постоянные приливы-отливы на побережье океанов. Выработка энергии на прибрежных течениях технологически сложнее речных гидроэлектростанций, но применяется все больше.

Энергию волн чаще всего используют на крупных океанских кораблях. Вдоль бортов судна ниже ватерлинии устанавливают лопасти, похожие на укороченные самолетные крылья. Волны постоянно поднимают и опускают лопасти, которые шарнирно соединены с генератором электрического тока.

Бразильский опыт применения метилового спирта растительного происхождения и биогаза в качестве основного топлива для двигателей внутреннего сгорания активно внедряется в Китае и других странах, испытывающих дефицит ископаемого углеводородного сырья для производства бензина и дизельного топлива. Биогаз получают из отходов животноводства.

Саудовская Аравия богата нефтью и газом, но испытывает острейший недостаток пресной воды. Ее производство на полуострове поставлено на промышленный уровень. Современные опреснительные установки превращают морскую воду в питьевую с помощью энергии Солнца, ветра и добываемых здесь же ископаемых углеводородов.

Опреснительная станция

Частичные

Некоторые ресурсы, полезные для человека, возобновляются естественным путем. Например, питьевая вода, плодородная почва, леса, пастбища, поголовье диких животных, морских и речных рыб.

Но темпы роста потребления ресурсов современной цивилизацией развиваются опережающими темпами по отношению к восстанавливающим возможностям природы.

Вырубка леса, засорение Мирового океана химически агрессивными отходами производства, сжигание углеводородного топлива приводит к уменьшению содержания кислорода и увеличению объема углекислого газа в атмосфере Земли. Браконьерские методы охоты на китов и множества других диких животных едва не привели к их полному исчезновению. Неграмотное природопользование приводит к постоянному уменьшению и деградации пахотных земель и сельхозугодий.

Таким образом, человек стал главным фактором терраформирования планеты. Например, на поверхности океана образовались огромные острова из пластикового мусора и других промышленных отходов. Их общая площадь сравнима с территорией Австралии. Вследствие усиления антропогенного фактора все природные ресурсы теперь восстанавливаются лишь отчасти. Теперь термин биосфера все чаще заменяют новым понятием «ноосфера».

Все большее значение приобретают технологии повторного использования (рекуперации) ресурсов. Например, выплавка стали сейчас производится с применением до 30 % металлолома. Бытовой мусор сортируется, пластмассы повторно используются в производстве непищевых видов продукции, а остальное сжигается для производства электрической и тепловой энергии.

Невозобновляемые

Некоторые виды ресурсов могут быть использованы только лишь единожды. Например, уголь, газ, нефть образовались в недрах планеты десятки и сотни миллионов лет назад. Сжигание таких видов полезных ископаемых в целях отопления и на тепловых электростанциях приведет к полному исчезновению этих источников энергии. По расчетам экологов разведанные месторождения газа и нефти будут исчерпаны в течение нескольких десятков лет. Добыча угля продлится дольше, но и его хватит ближайшим поколениям только на 300—400 лет.

Запасы урановых месторождений также истощаются. Большие надежды сейчас возлагаются на перспективы добычи Н3 (гелий три) с поверхности Луны. Запасов этого нового топлива для ядерных электростанций хватит человечеству на тысячу лет. Для успешного осуществления космического проекта понадобится применить транспортные корабли с принципиально новыми двигателями на ядерном топливе. Такой уже создан, но пока используется только для «оружия судного дня» — ракеты с атомной боеголовкой.

Кроме того, доставка на Луну большого количества оборудования потребует огромных затрат на преодоление земной гравитации. Поэтому придется осуществить давнюю мечту исследователей космоса — построить «космический лифт», то есть соединить поверхность Земли с геостационарной орбитой на высоте 36 000 километров канатом из мономолекулярных нитей или углеродных нанотрубок. Только тогда можно будет считать приемлемой реальную себестоимость продукции «космических рудников».

Переработка ресурсов

За последние 150 лет человеческая цивилизация претерпела кардинальные изменения. Мощным импульсом стала разработка технологий на основе применения электрического тока. Мускульный привод инструментов и механизмов был заменен электродвигателями. Новые средства коммуникации — телеграф, радио, интернет, ускорили прогресс.

На гидроэлектростанциях запасенная в искусственных водоемах кинетическая энергия водных масс преобразуется в водяных турбинах в электроэнергию за счет перепада высоты на плотине. Турбины передают вращательное движение генераторам, где магнитное поле возбуждает ток в проводниках. Такой способ производства электротока не зависит от времени года, легко управляется в автоматическом режиме, не имеет отходов.

Ветроэлектрогенераторы приводятся в движение набегающим потоком воздуха. Огромные лопасти вращаются со скоростью, которая зависит от климатических условий на местности. Эта технология имеет небольшое влияние на окружающую среду. Основной негативный фактор — это гибель перелетных птиц от столкновения с лопастями ветряков.

Сжигание углеводородов в топках ТЭЦ — наиболее древний способ выработки электроэнергии. Современная модификация этой технологии — атомные электростанции, которые по сути также являются тепловыми генераторами. При работе АЭС не возникают горы шлака после сгорания угля, нет выбросов в атмосферу углекислого газа и агрессивных сероводородных соединений от сжигания природного газа или нефтепродуктов.

Геотермальные станции редко используются для производства электроэнергии из-за технологических сложностей, а также низкого КПД. Наиболее экологичным способом является электрогенерация на солнечных панелях, но себестоимость их конечного продукта все еще в разы дороже электроэнергии, получаемой на ГЭС, ТЭЦ, АЭС.

Примеры

Большая часть всех добытых человечеством природных ресурсов приходится на последние 150 лет. Геологические процессы, в результате которых образовались металлосодержащие руды, месторождения угля, нефти, газа, урана и многие другие полезные ископаемые, происходили в течение миллионов лет. Исходя из несопоставимости временных циклов, принято считать такие ресурсы невосстанавливающимися.

Можно привести примеры возобновляемых ресурсов — атмосферный кислород, продуцируемый биосферой Земли, а также водный баланс, поддерживаемый климатическими процессами планеты. Кроме того, самовосстанавливающимся ресурсом можно считать леса, пастбища, полезные виды диких промысловых зверей и рыб. Период возобновления их потенциала составляет от одного года до нескольких десятилетий.

Что не относят к природным ресурсам

Существование и развитие человеческой цивилизации требует не только обеспечения достаточного количества добываемых природных ресурсов. Социум нуждается в постоянном обновлении знаний об окружающей среде, о самом человеке, развитии технологий, улучшении качества жизни, духовной и культурной жизни.

За несколько последних десятилетий не было сделано ни одного научного открытия, способного кардинально изменить жизнь человека. Поэтому на первое место выходит необходимость совершенствования существующих технологий для максимально эффективного использования имеющихся ресурсов.

Охрана ресурсов

Как и любой другой вид животных, человек всегда стремился расширить ареал обитания любыми доступными способами. В результате безвозвратно потеряны десятки видов животных и сотни различных растений. Окружающая среда загрязняется промышленными отходами с катастрофической скоростью.

Уже сейчас нужно спасать более 2000 исчезающих растений, 237 видов животных, 289 видов птиц.

Сложнее всего организовать сохранность океанских ресурсов, поскольку доступ к ним имеет очень много государств с противоречивыми национальными интересами. В морской воде содержится практически вся таблица Менделеева, но технологий по извлечению ресурсов из раствора пока не изобрели.

Развал СССР предотвратил строительство на берегу озера Байкал бумажно-целлюлозного комбината. Если бы его запустили, то за пару десятилетий самое большое в мире природное хранилище пресной воды превратилось бы в сточную канаву. Только сейчас властные структуры пришли к пониманию необходимости срочного строительства очистных сооружений для сточных вод во всех населенных пунктах на байкальском побережье. Наличие огромных запасов питьевой воды — одно из главных богатств России, гарантирующих процветание державы в будущем.

Проблемы и их решения

В результате промышленной революции равновесие природы нарушено. Масштабы загрязнения окружающей среды, истощения ресурсов достигли катастрофических масштабов, стали практически неуправляемым процессом.

Если прямо сейчас прекратить промышленные выбросы СО2, что, разумеется, практически невозможно, то непрерывное повышение температуры на поверхности планеты все равно не удастся остановить в течение ближайших трех десятилетий. За счет накопленных объемов углекислого газа планета будет продолжать нагреваться.

Следовательно, таяние ледников продолжится. Уровень Мирового океана будет расти. Прибрежным городам угрожает затопление. Исторически сложилось так, что большая часть населения планеты сосредоточена на морском побережье. Уже к концу XXI века возможно повторение библейского потопа.

Рациональное использование

Решение проблем недостатка ресурсов и вредных выбросов решается путем внедрения современных экологичных технологий для безотходного производства конечных продуктов. Например, замена осветительных ламп накаливания диодными светильниками.

При одинаковой электрической мощности светодиоды и лампы накаливания имеют в среднем 8-кратную разницу яркости свечения. Вместо 75-ваттной «лампочки Ильича» подойдет 10-ваттный led-светильник.

Для отопления отдельно стоящих коттеджей все большее применение находят тепловые насосы. Их главное преимущество — не нужно сжигать уголь, газ, дрова для отопления дома. Тепловой насос собирает энергию с поверхности земли или из глубоких скважин, концентрирует, а затем направляет в систему обогрева коттеджа.

Если учесть эксплуатационные расходы за все время службы оборудования — минимум 30 лет, то экономия многократно превысит первоначальные затраты.

Для автономного энергоснабжения производятся гидроэнергетические миникомплексы, используемые на малых реках или ручьях без строительства плотины. Это позволяет максимально использовать экологически чистый возобновляемый гидроэнергетический ресурс.

Как известно, лопасти ветряных электрогенераторов плохо работают при малых скоростях набегающего потока воздуха. Для небольших коттеджей разработаны ветряки, способные сохранять высокий КПД даже при слабом ветре. Причем их можно устанавливать прямо на земле, что позволяет облегчить путь к рациональному природопользованию.

Во всем мире произведено и работают миллиарды электродвигателей. При этом большинство из них функционируют с меньшим КПД, чем позволяют их конструктивные характеристики. Для повышения эффективности и уменьшения энергопотребления применяют частотное регулирование скорости вращения вала электродвигателя. Это стало возможным с появлением программируемых контроллеров, работающих в комплексе с мощными тиристорами, способными генерировать импульсный переменный ток практически любой частоты.

Видео

Казахские умельцы переняли мировой опыт по созданию маломощных ветряных электрогенераторов с вертикальной осью вращения. Смотрите новые версии ветряков из Казахстана.

Источник фотографии — https://inventrade.ru/info/brands/luminarte/