Полезные ископаемые относятся к возобновимым природным ресурсам

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.

Подразделяют сырьевую базу по результату практического применения:

ресурсы для промышленности — минеральные, рудные, водные;
сырье для производства электроэнергии — горючие полезные ископаемые, уран, биотопливо, гидроэнергоресурсы, а также другие экологически чистые источники, например, ветер, солнечная, геотермальная энергия;
ресурсы сельского хозяйства — почва, пастбища, лесные, луговые угодья, пресная вода, генофонд полезных видов растений, животных;
объекты природоохранного, лечебно-оздоровительного, культурного характера — заповедники, курорты, источники минеральных вод, исторические достопримечательности.

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.

По длительности использования все ресурсы условно разделены на три категории:

Невозобновляемые — руда, уголь, нефть, газ, минеральные месторождения, полудрагоценные, драгоценные камни (алмазы, рубины, топазы, горный хрусталь, яшма, александрит).
Возобновляемые — биотопливо, растения, животные, солнечная, ветровая геотермальная энергия.
Не полностью возобновляемые ресурсы имеют срок восстановления ниже темпов роста потребностей человеческой цивилизации — лесные угодья, земельные ресурсы, промысловые виды рыб, животных, пресная вода, кислород земной атмосферы.

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.

Сейчас изобретены технологии использования других неисчерпаемых энергетических и сырьевых источников:

солнечного света;
ветра;
геотермальной воды;
приливных течений;
энергии морских волн;
биомассы растительного и животного происхождения.

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.

Невозобновляемые ресурсы планеты:

залежи руды различных металлов;
минеральные горные породы;
уран, уголь и углеводороды — нефть, газ;
стройматериалы — песок, гравий, глина;
химическое сырье — калийные соли, апатиты, фосфаты;
драгоценные камни и благородные металлы (золото, платина, серебро).

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.

Для выработки электроэнергии используются:

гидроэлектростанции (ГЭС) на речных плотинах;
атомные электростанции (АЭС);
ветроэлектрогенераторы;
тепловые электроцентрали (ТЭЦ);
солнечные преобразователи;
геотермальные станции.

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.

К природным ресурсам не относят:

традиционный капитал в виде денежного эквивалента, ценных бумаг, недвижимости, средств производства, земельных прав, запасов сырья;
нематериальные активы — промышленные технологии, ценные навыки, опыт и знания персонала компании, ноу-хау, бренды;
информация;
трудовые ресурсы;
культурные и духовные ценности;
образовательные учреждения;
научный потенциал.

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.

Популярность led-светильников оправдывается следующими преимуществами:

Качественные светодиоды служат десятки лет.
Пожарная безопасность — тепловыделение в 7—8 раз меньше, чем у ламп накаливания.
Энергопотребление в 8 раз меньше, чем у других типов освещения.

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.

Только за один год экономия составит в сравнении с:

газовым котлом — 70 % ;
электрообогревом — 350 %;
твердотопливным котлом — 50 %.

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/

Источник

Возобновляемые ресурсы_ природные ресурсы, полностью или частично восстанавливающиеся в ходе естественных процессов или при помощи человека (растительный и животный мир, почвы и др.). При необратимом нарушении условий возобновления переходят в категорию невозобновляемых

Многие ресурсы, которые относят к возобновляемым, на самом деле когда-нибудь будут исчерпаны. В качестве примера можно привести солнечную энергию. С другой стороны, придостаточном развитии технологии, многие ресурсы, которые традиционно считаются невозобновляемыми,могут быть восстановлены. Например, металлы можно использовать повторно. Ведутся исследования попереработке изделий из пластика.

В современной мировой практике к В.Р. относят: гидро,солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов,температурного градиента морской воды, разности температур между воздушной массой и океаном, теплаЗемли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.

Существуют различные мнения о том, к какому типу ресурсов следует относить ядерное топливо. Запасы ядерного топлива с учётом возможности его воспроизводства в реакторах размножителях, огромны, его может хватить на тысячи лет. Несмотря на это его обычно причисляют к невозобновляемым ресурсам.Основным аргументом для этого является высокий риск для экологии, связанный с использованием ядерной энергии.

Некоторые виды возобновляемых ресурсов:

– Питьевая вода

– Топливо, получаемое в результате переработки растений: спирт, биогаз, биодизель

– Древесина

-Бумага

– Кожа

Невозобновляемые природные ресурсы-ресурсы, не восстанавливающиеся самостоятельно и не восстановимые искусственно. К невозобновляемым ресурсам относятся горючие полезные ископаемые (нефть, природный газ, уголь, торф), руды металлов, благородные металлы и строительные материалы (глины, песчаники, известняки). Чем больше их человечество добывает и использует, тем меньше остается следующим поколениям.

К невозобновимым ресурсам относятся полезные ископаемые, которые подразделяются на :

– топливно-энергетическое сырье (нефть, уголь, газ, уран);

– черные, легирующие и тугоплавкие металлы (руды железа, марганца, хрома, никеля, кобальта, вольфрама и. др.);

– цветные металлы (руды алюминия, меди, свинца, цинка, ртути и др.); – благородные металлы (золото, серебро, платиноиды); – химическое и агрономическое сырье (калийные соли, фосфориты , апатиты и др.); – техническое сырье (алмазы, асбест, графит и др.), флюсы и огнеупоры, цементное сырье; – строительные материалы (глина, гравий, песок). Последнюю категорию минеральных ресурсов называют общераспространенными полезными ископаемыми.

Таким образом, природные ресурсы – это часть всей совокупности природных условий существования человечества и важнейшие компоненты окружающей его естественной среды, используемые в процессе общественного производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.

Рисунок 1 – Возобновляемые ресурсы

Природные ресурсы, которые могут восстанавливаться в более или менее короткие сроки, допустимые в масштабах человеческой жизни, т. е. в течение года, нескольких лет или, в крайнем случае десятилетий.

Возобновляемые природные ресурсы делятся на:

1. Пресная вода. Получается ежегодно в больших количествах путем выпадения атмосферных осадков.

2. Кислород. Возобновляемость этого ресурса пока не вызывает особых причин для беспокойства. Это вещество в основном образуется путем фотосинтеза растений, и мы потребляем только 10% от всего состава.

3. Биологические ресурсы (биомасса) — это сумма животной и растительной массы по всей планете в целом. Антропогенное воздействие на эту часть возобновляемых ресурсов привело к исчезновению многих животных и растений. Если все продолжится в том же темпе, мы ощутим обратную сторону этого процесса примерно через 70 лет.

К возобновляемым ресурсам относятся, прежде всего, ныне существующие зеленые растения как высшие, так и низшие. К возобновляемым природным ресурсам относятся и гетеротрофные живые организмы — животные и грибы. Но так как они в отношении получения пищи и энергии целиком зависят от зеленых растений, то они вместе с зелеными растениями составляют единый природный возобновляемый ресурс. Но все живые организмы способны еще к росту (у растений даже неограниченному) и размножению самыми различными способами, что дает им возможность сильно увеличивать органическую массу.

Поскольку среди возобновляемых природных ресурсов основная роль принадлежит зеленым растениям, остановимся именно на их особенностях. Самая основная особенность зеленых растений — это их автотрофность, т. е. способность создавать органические вещества из простых неорганических соединений за счет энергии солнца. Этот процесс, как известно, называется фотосинтезом и именно благодаря нему, прежде всего, и имеются возобновляемые природные ресурсы.

Как говорил К. А. Тимирязев, растения используют даровую энергию солнца и энергия эта практически неисчерпаема. Благодаря фотосинтезу зеленые растения обладают величайшей производительностью, они создают в биосфере примерно 98 % органического вещества, а в цифровом выражении — это составляет ежегодно 80 миллионов тонн органической массы. Тем самым они создают условия для жизнедеятельности и размножения гетеротрофных организмов (животных, включая человека, грибов, большинства бактерий).

Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·1012 тонн.

Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.

Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)

Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.

Некоторые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно поэтому такие виды ресурсов оказываются весьма уязвимыми и требуют особенно тщательного контроля со стороны человека. К относительно возобновляемым ресурсам относятся и очень дефицитные природные богатства:

а) продуктивные пахотно-пригодные почвы;

б) леса с древостоями спелого возраста;

в) водные ресурсы в региональном аспекте.

Продуктивных пахотно-пригодных почв сравнительно немного (по разным оценкам их площадь не превышает 1,5-2,5 млрд. га). Наиболее продуктивные почвы, относящиеся к первому классу плодородия, занимают, по оценкам ФАО, всего 400 млн. га. Продуктивные почвы образуются крайне медленно – на формирование 1 мм слоя, например, черноземных почв, требуется более 100 лет. В то же время процессами ускоренной эрозии, стимулированными нерациональным землепользованием, за один год может быть разрушено несколько сантиметров верхнего, наиболее ценного пахотного слоя. Антропогенное разрушение почв происходит в последние десятилетия настолько интенсивно, что дает основание отнести почвенные ресурсы к категории «относительно возобновляемых».

Хорошо известен факт практической неисчерпаемости водных ресурсов в планетарном масштабе. Однако на поверхности суши запасы пресных вод сосредоточены неравномерно, и на обширных территориях ощущается дефицит вод, пригодных для употребления в системах водопользования. Особенно сильно страдают от недостатка воды аридные и субаридные районы, где нерациональное водопотребление (например, водозабор в объемах, превышающих объем естественного восполнения свободных вод) сопровождается быстрым и зачастую катастрофическим истощением водозапасов. Поэтому необходим точный учет количества допустимого изъятия водного ресурса по регионам. П. Неисчерпаемые ресурсы. Среди тел и явлений природы ресурсного значения имеются и такие, которые практически неисчерпаемы, К ним относятся климатические и водные ресурсы.

Источник