Criza energetica si noi resurse de energie

Criza energetica si noi resurse de energie

1. Sursele conventionale si neconventionale de energie

Industria energetica este o ramura importanta a economiei mondiale ce se ocupa de explorarea, exploatarea si utilizarea purtatorilor de energie. Odata cu dezvoltarea economica si cresterea populatiei mondiale, a crescut si consumul de energie, prezenta astazi in toate procesele vietii economice si sociale. Insa superioritatea unei economii nu rezulta din cantitatea de energie consumata, ci din modul efficient in care aceasta este utilizata.

Productia de energie presupune utilizarea unor materii prime sau surse energetice, clasificate astfel:

Surse conventionale de energie (surse clasice) : combustibilii fosili (carbunii, hidrocarburile, sisturile bituminoase, nisipurile asfaltice), combustibilii vegetalii (lemnul), combustibilii nucleari, energia apelor curgatoare;

Surse neconventionale de energie (surse alternative): energia solara, energia eoliana, energia geotermica, energia apelor oceanice, deseurile vegetale si animale etc.

Dupa criteriul durabilitatii exploatarii, resursele energetice se clasifica in:

Resurse epuizabile (neregenerabile): combustibilii fosili;

Resurse inepuizabile (regenerabile): energia solara, enerhia eoliana, energia apelor curgatoare si oceanice, energia geotermica, combustibilii vegetali.

La acestea se adauga si alte surse de energie bazate pe tehnologii fizice si chimice, unele cunoscute doar in mod experimental, altele putin valorificate, insa foarte promitatoare: biomasa ("plante energetice") pentru obtinerea unor combustibili, energia curentilor oceanici, energia rezultata prin diferenta de temperature dintre apele oceanice de suprafata si cele de adancime, hidrogenul obtinut prin disocierea apei etc.

2. Rezervele de combustibili fosili si consumul energetic mondial

Preocuparile privind cresterea consumului energetic mondial, poluarea si epuizarea rezervelor de hidrocarburi si uraniu influenteaza evolutia sistemelor energetice si impulsioneaza dezvoltarea unor surse de energie alternative si viabile.

Cresterea consumului energetic mondial va duce in viitorul apropiat la epuizarea rezervelor de combustibili fosili, in special a celor de petrol. Rezervele mondiale de petrol appreciate la 160 mld.t ar putea asigura consumul global (la nivelul mediu al consumului actual) inca 50 de ani. Se considera ca 77% din rezervele de petrol ale lumii au fost deja descoperite, iar restul 23% sunt localizate in campuri petrolifere mici sau in regiuni greu accesibile. Petrolul va fi din ce in ce mai scump si mai greu de gasit. Construirea unor platforme de foraj submarine cum sunt cele din Marea Nordului este foarte costisitoare si ar avea ca rezultat cresterea costului productiei zilnice de 40 ori fata de Orientul Mijlociu. S-a estimat ca un put de foraj submarine construit la 300m adancime in apele Golfului Mexic ar produce petrol la un pret de 65 de ori mai mare decat in Orientul Mijlociu, iar pentru o platforma de foraj submarin sub gheturile arctice, preturile ar fi si mai mari.

Rezervele de gaze naturale estimate la 141mld.mc ar putea asigura consumul mondial pentru inca 60 de ani, iar rezervele sigure de carbine (1000 mld.t) ar asigura consumul mondial pentru inca 230 de ani.

Insa la toate acestea se adauga si repartitia inegala a rezervelor de combustibili fosili: majoritatea rezervelor de petrol sunt localizate in Orientul Mijlociu (66%), a celor de gaze naturale in Federatia Rusa (34%) si Orientul Mijlociu (31%), iar rezervele de carbine in Federatia Rusa si S.U.A.

Furnizarea hidrocarburilor poate fi incerta - de exemplu criza petrolului din perioada 1970-1980 generata de politica tarilor membre O.P.E.C. , care a dus la numeroase conflicte, iar unele tari in curs de dezvoltare nu dispun de suficiente resurse financiare pentru achizitionarea petrolului la preturi de peste 30 USD/ baril.

Pe de alta parte, utilizarea combustibililor fosili ca principala sursa energetica a avut impact negative asupra mediului. Cea mai mare parte a energiei primare comerciale este data de combustibilii fosili: petrol 35% , carbuni 23% , gaze naturale 21%.

Motoarele cu ardere interna, termocentralele ce ard carbune sau gaze naturale emit in atmosfera cantitati considerabile de dioxid de sulf si oxizi de azot. Cand aceste gaze se combina cu vaporii de apa din atmosfera formeaza acid sulfuric si acid azotic, iar mai departe ploi acide. Dupa 1850, ponderea dioxidului de carbon in atmosfera terestra a fost in continua crestere, ca rezultat al arderilor combustibililor fosili. Dioxidul de carbon impreuna cu alte gaze industriale (cum ar fii metanul sau cloroflorocarbunii) pot induce efectul de sera, ce se manifesta prin cresterea temperaturii la suprafata Pamantului, datorita cresterii cantitatii de caldura blocata in atmosfera inferioara. Acest lucru are urmari grave: schimbari si bulversari climatice sau repercursiuni asupra ecosistemelor.

In multe state au fost initiate programe de dezvoltare a tehnologiilor nepoluante si de folosire a resurselor regenerabile care ar putea permite reducerea consumului de combustibili fosili si a tuturor problemelor cauzate de acestia. Preocuparile privind utilizarea surselor de energie alternative au luat amploare dupa 1997, cand doua din cele mai mari companii petroliere din lume - Royal Dutch-Shell Group si British Petroleum - au anuntat ca vor face mari investitii in acest domeniu, in principal in utilizarea energiei solare si in realizarea unor proiecte de impadurire.

Energia alternativa a reprezentat o problema prioritara si in cadrul conferintei de la Kyoto (1997) asupra schimbarilor climatice si incalzirii globale, desi multi experti sustineau ca vor trece ani, poate chiar decenii pana cand sursele de energie alternativa (solara, eoliana, biomasa) isi vor face loc pe piata energetica mondiala. Un studiu al companiei Shell arata ca energia alternativa ar putea furniza 5-10% din necesarul mondial in urmatorii 25 ani si pana la 50% din consumul mondial de energie pana la mijlocul secolului al XXI-lea. Insa in present, desi cantitatea de energie potentiala din astfel de surse regenerabile si nepoluante este mai mare decat necesarul mondial de energie, doar o mica parte este transformata in energie electrica la un pret rezonabil.

Carbunii de pamant sunt roci sedimentare solide, caustobiolitice (combustibile), care s-au format prin acumularea si transformarea complexa a materialului de origine vegetala, in decursul timpului, sub influenta unor factori diversi (biologici, geologici si fizico-chimici).

Carbunii contin numeroase substante, in principal carbon (55-96%), oxygen (25-40%), hidrogen (1-6%), la care se adauga azot (sub 2%), sulf, fosfor, mercur, titan.

Dupa gradul de carbonificare si puterea calorica, carbunii se impart in: carbuni superiori (antracit si huila) si carbuni inferiori sau energetici (carbune brun, lignit si turba).

Carbunii se gasesc in depozite stratificate, de diferite grosimi si situate la diferite adancimi in scoarta terestra si s-au format in ere geologice diferite.

Carbunii sunt unii dintre cei mai importanti combustibili fosili, fiind folositi pe larg in industria energetica datorita puterii calorice pe care o degaja (cei superiori 7000-9000 kcal/kg, iar cei inferiori 2600-5000 kcal/kg).

Desi rezervele sigure si probabile de carbuni se cifreaza la 16500 mld.t, rezervele economic exploatabile sunt mai mici, de aproximativ 1000 mld.t, putand asigura consumul mondial la nivelul actual pentru inca 200-250 ani.

Rezervele carbonifere sunt repartizate inegal pe suprafata globului: 95% din acestea sunt situate in Emisfera Nordica, iar 5% in Emisfera Sudica (in principal in Australia, Africa de Sud, Columbia, Brazilia). Cele mai mari rezerve de carbuni le detin statele : Federatia Rusa (241 mld.t), SUA (240 mld.t), China (114 mld.t), Australia (90 mld.t), Germania (80 mld.t), India (62 mld.t), Africa de Sud (55mld.t), Ucraina, Kazahstan.

Principalele tari producatoare de carbuni (2002)

inclusi in carbuni superiori

Petrolul sau titeiul este o roca sedimentara caustobiolitica lichida, uleioasa, de culoare bruna-neagra cu reflexe albastrui-verzui. Este un amestec de hidrocarburi ( din seria parafinica, nafterica si aromatica) solide si gazoase dizolvate in hidrocarburi lichide, alaturi de care se gasesc in cantitati reduse compusi cu sulf, azot, oxigen sau metale cum ar fi nichelul si vanadiul.

Petrolul s-a format prin transformarea fizica si chimica a namolurilorbogate in resturi de materie organica (plante si animale acvatice ce au trait acum sute de milioane de ani), in timp indelungat (cel putin 1 milion de ani), la presiuni si temperature ridicate si in lipsa oxigenului, proces numit bitumizare.

Petrolul reprezinta unul din cei mai valorosi combustibili fosili, fiind sursa principala pentru combustibilul energetic lichid, pentru fabricarea lubrifiantilor, dar si una din materiile prime de baza ale petrochimiei.

Rezervele economic-exploatabile se cifreaza la 160 mld.t, la care se adauga si aproximativ 360 mld.t rezerve probabile, inclusive cele cantonate in nisipurile gudronice si sisturile bituminoase. Se considera ca 30% din rezervele mondiale de petrol si 14% din cele de gaze naturale au fost deja consummate. Raportat la productia mondiala actuala (3,5mld.t), rezervele actuale de petrol se vor epuiza la jumatatea secolului XXI, iar in lipsa acestei resurse se va exploata si petrol neconventional din sisturile bituminoase si nisipurile gudronice, putin exploatate pana in present.

Cele mai mari rezerve de petrol le detin Orientul Apropiat si Mijlociu (57% din rezervele mondiale), America de Nord si Sud (14%)si ponderi mai mici CSI, Australia, Europa.  Arabia Saudita, S.U.A. si Federatia Rusa sunt cei mai mari producatori , iar S.U.A. este cel mai mare consummator.

Cele mai mari rezerve de petrol greu le detin Venezuela (aproape 50% din totalul mondial, iar zacamintele se extend pe o fasie de 700 km lungime de-a lungul fluviului Orinoco), apoi Orientul Mijlociu (36%), S.U.A. (11%) si Rusia (6%).

Principalele tari producatoare de petrol(2002)

Gazele naturale sunt combustibili minerali cu putere calorica mare (5000-13850 kcal/mc), un amestec de hidrocarburi gazoase, in special metan si etan, la care se pot adauga alte hidrocarburi gazoase cum ar fi propanul, butanul, pentanul si hexanul sau chiar alti compusi, in proportii mai reduse (azot, dioxid de carbon, sulf, heliu). Acestea sunt separate pentru diferite intrebuintari prin condensare, absorbtie sau alte proceduri.

Gazele naturale au origine organica; s-au format prin acumularea unor plante si animale acvatice in mari, golfuri, lagune si transformarea fizica si chimica a acestora intr-un mediu anaerob; presiunea interioara a dus la migrarea gazelor spre stratele de suprafata. Zacamintele gazeifere sunt cantonate mai ales in apropierea stratelor carbonifere (formate acum 286-360 mil.ani), dar si in strate de varsta mai recenta.

Rezervele mondiale de gaze naturale sunt appreciate la 360000 mld.mc, iar rezevele sigure sunt apreciate la 141000 mld.mc, ceea ce inseamna o acoperire a consumului mondial (peste 2000 mld.mc./an) pentru o perioada de 60 de ani. Cele mai marie rezerve revin Asiei (cu Federatia Rusa ce detine 31% din rezervele mondiale si tarile Orientului Mijlociu), Europei, Americii de Nord si Africii. In cadrul acestora, tarile cu cele mai mari rezerve sunt: Federatia Rusa, Iran, Quatar, Arabia Saudita, E.A.U., S.U.A., Algeria, Venezuela.

Statele cu cele mai mari rezerve de gaze naturale(2002)

3. Rezervele de uraniu si atomocentralele

Centralele nuclearo-electrice sau atomocentralele asigura 17% din energia mondiala si reprezinta un tip aparte de termocentrale, care se bazeaza pe reactia de fisiune nucleara in care combustibilul principal este uraniul (izotopul U-235), dar si thoriul sau plutoniul. Puterea energetica este foarte mare, un gram de uraniu elibereaza o cantitate de energie de 3 ori mai mare decat un gram de carbon. Intr-un astfel de system energetic, cea mai mare parte a energiei degajate prin fisiunea radionuclizilor grei este sub forma de caldura, folosuta pentru a produce aburi; aburul pune in miscare o turbine, iar energia mecanica este transformata in electricitate de un generator.

Cele mai insemnate rezerve sigure de uranium se gasesc in Australia, Canada, Africa de Sud, Federatia Rusa (Muntii Ural), S.U.A.(Muntii Stancosi).

Primele centrale nuclearo-electrice au fost cele de la Obninsk (Federatia Rusa) in 1954, Calder Hall (Marea Britanie) in 1956, Mareuil (Franta), Shippingfort (SUA).

In prezent, cele mai mari puteri instalate in centrale nu cleare apartin: S.U.A. (peste 95 GW in 104 reactoare), Frantei (peste 60 GW in 58 reactoare), Japoniei (44GW in 53 de reactoare), Germaniei (21 GW in 20 reactoare), Federatiei Ruse( 21 GW in 29 reactoare).

Productia mondiala de enrgie nucleara a crescut de la 203 mld. KWh in 1973, la 2653 mld.KWh in 2001. Statele cu cea mai mare productie de energie electrica in atomocentrale sunt: S.U.A. (808 mld.KWh, adik peste 30% din productia mondiala de enrgie nucleara), Franta 421 mld.KWh), Japonia (320 mld. KWh), Germania, Federatia Rusa, Coreea, Marea Britanie, Canada, Ucraina si Suedia.

Energia nucleara detine ponderi ridicate in structura productiei de energie electrica din unele state: Lituania, Franta, Belgia (peste 50%) si Germania, Elvetia, Suedia, Coreea de Sud, Finlanda, Bulgaria, Japonia (peste 25%).

4. Noi surse de energie (geotermala, solara, eoliana, mareomotrica) si valorificarea acestora.

Centralele geotermice valorifica energia geotermica in interiorul fierbinte al Pamantului, care ajunge la suprafata acestuia sub forma de aburi, gaze fierbinti sau apa fierbinte. Acele surse geometrice cu temperature mai mari de 180 grade C sunt potrivite pentru construirea unei centrale geotermice.

Prima centrala geotermica a fost construita in 1904, la Larderello (380 MW), in Italia. In 1904, S.U.A. a construit centrala Geyser (initial de 835MW), iar Noua Zeelanda centrala Wairakey (290MW). Cea mai mare centrala geotermica din lume este The Geysers din S.U.A., situate la nord de San Francisco, deoarece poate genera pana la 1900MW - productia este insa mult mai redusa, pentru a prelungi durata de utilizare a rezervelor de aburi.

Centralele geotermice au fost construite in numeroase tari, uneori prin forarea unor puturi la adancimi de sute de metri, pentru ca aburul ce provine din acestea sa puna in miscare turbinele generatoarelor: Salvador, Japonia, Mexic, Noua Zeelanda, S.U.A., Filipine, Islanda, C.S.I.

Puterea totala a centralelor geotermice este de peste 7000MW, iar electricitatea astfel produsa are ponderi semnificative in structura unor state ca : Nicaragua (30%), Filipine (26%), Salvador, Kenya, Etiopia, Islanda.

Centralele helioelectrice folosesc energia solara inepuizabila, iar potentialul mediu la nivel planetar este de 1500 KWh/mp/an. Numeroase tehnologii si sisteme au fost construite pentru captarea energiei solare.

Printre cele mai eficiente se numara sistemele fotovoltaice care transforma direct energia solara radianta in electricitate, prin intermediul unor celule fotovoltaice (dispozitive semiconductoare bazate pe siliciu sau galiu - arseniu). O centrala solara contine mii de astfel de celule semiconductoare. Transformarea energiei solare in energie electrica se realizeaza si prin concentrarea energiei solare pentru incalzirea unor lichide, ai caror vapori pun in miscare o turbina. O alta tehnologie o reprezinta colectorii de radiatie solar ace furnizeaza caldura pentru cladiri comerciale si rezidentiale: Israel, Japonia, Australia, Franta, S.U.A., Italia.

Alte echipamente, deocamdata in stadiu experimental, capteaza energia solara nu numai pentru a genera energia electrca, dar si pentru a produce caldura pentru diferite aplicatii. Aceste echipamente contin diferite componente, printre care antene parabolice de concentrare si motoare ce produc caldura. De asemenea, multi sateliti spatiali, inclusiv cei meteorologici sau de telecomunicatii, functioneaza pe baza de energie solara. Alte aplicatii ale celulelor fotovoltaice sunt jucariile teleghidate, calculatoarele de buzunar sau aparatele radio portabile.

Prima celula fotovoltaica a fost realizata in 1954, in S.U.A., desi principiul de functionare era cunoscut inca din 1839. Primele centrale solare au fost cele de la Andrano (Italia) in 1981 si Solar One (S.U.A.) in 1982. In prezent, cele mai mari si mai cunoscute centrale solare sunt: Almeria (Spania), Nyo (Japonia), Bouzarea (Algeria).

Celulele fotovoltaice se fabrica in peste 20 de tari, mai importante fiind S.U.A. si Japonia. Fondul Global pentru Mediul Inconjurator a subventionat in ultmii ani proiecte de construire a centralelor helioelectrice in Kenya, Zimbabwe, India si Republica Dominicana. S.U.A. a demarat construirea unei centrale solare de 100 MW in Nevada.

Centralele eoliene folosesc energia vantului, cu valori mari in zonele situate la latitudini mari, zonele litorale sau montane (viteza medie anuala a vantului trebuie sa depaseasca 5m/s). Desi parametrii ca viteza si frecventa vantului variaza, totusi cantitatea de energie furnizata poate fi mare. Au fost construite turbine eoliene sofisticate pentru a transforma energia eoliana in energie electrica.

Utilizarea energiei eoliene a crescut dupa 1980. Cele mai numeroase instalatii eoliene sunt in S.U.A. (in California si Hawaii sunt instalate peste 15000 de turbine eoliene, iar energia produsa de acestea insumate ajunge la 1500 MW, egala cu cea a unei termocentrale), Marea Britanie, Germania, Danemarca (3% din totalul energiei electrice), Canada. Potentialul eolian ar putea asigura majoritatea energiei electrice in Argentina, Chile, Marea Britanie, Federatia Rusa.

Centralele mareomotrice utilizeaza energia mareelor, in conditiile existentei unor amplitudini ale valurilor de cel putin 5m. Cele mai favorabile zone sunt: tarmul estic al Canadei, Golful California, litoralul sudic al Alaskai, Golful Bristol, litoralul Atlantic al Frantei, tarmurile estice ale Marii Britanii, litoralul Marii Albe, Marii Ohotsk, Marii Galbene si Marii Chinei de Sud, litoralul nord-estic al Australiei sau al unor insule indoneziene.

Prima centrala mareomotrica a intrat in functiune in 1967 in Franta (estuarul La Rance); urmeaza altele in Federatia Rusa (Golful Kola). Proiecte de acest gen exista si in Marea Britanie la Golful Severn, in Canada la Golful Fundy, sau in China la Marea Chinei de Sud.

Alte surse de energie cu potential ridicat,dar cu valorificare redusa sunt:curentii oceanici,diferenta de temperatura dintre apele oceanice de suprafata si de adancime(centralele Matanzas din Cuba si Abidjan din Cote d'Ivoire),biomasa (in S.U.A,Canada si Brazilia se cultiva anumite plante sau se uitlizeaza reziduuri agricole si forestiere din care se obtin combustibili lichizi sau gazosi),hidrogenul obtinut prin disocierea apei (sursa primara de energie este izotopul hidrogenului,deuteriul,prezent in apa obisnuita).Alte tehnologii promitatoare sunt generatoarele termoionice,proiectate sa transforme energia termala direct in electricitate;sursa de caldura provine din surse chimice,solare sau nucleare.

Un alt transformator direct de energie cu potential deosebit este generatorul magnetohidrodinamic(MHD).Acest sistem produce electricitate direct dintr-un fluid conductor electric cu temperatura si presiune ridicate(in general un gaz ionizat)care trece printr-un camp magnetic puternic.Primul generator MHD a fost construit in anul 1950 si de atunci evolutia cercetarilor a fost incetinita,culminand un proiect rusesc de a construi o centrala magnetohidrodinamica in orasul Riazan.