Światowe zasoby energetyczne - World energy resources
Światowe zasoby energetyczne to szacunkowa maksymalna zdolność do produkcji energii, biorąc pod uwagę wszystkie dostępne zasoby na Ziemi . Można je podzielić ze względu na rodzaj do paliw kopalnych , paliwa jądrowego i źródeł odnawialnych .
Paliwo kopalne
Pozostałe rezerwy paliw kopalnych szacuje się jako:
| Paliwo | Sprawdzone rezerwy energii w Z J (koniec 2009) |
|---|---|
| Węgiel | 19,8 |
| Gaz | 36,4 |
| Olej | 8,9 |
Są to sprawdzone rezerwy energii; realne rezerwy mogą być czterokrotnie lub więcej razy większe. Te liczby są bardzo niepewne. Oszacowanie pozostałych paliw kopalnych na planecie zależy od szczegółowego zrozumienia skorupy ziemskiej. Dzięki nowoczesnej technologii wiertniczej możemy wiercić studnie na głębokości do 3 km wody, aby zweryfikować dokładny skład geologiczny; ale połowa oceanu jest głębsza niż 3 km, pozostawiając około jednej trzeciej planety poza zasięgiem szczegółowej analizy.
Istnieje niepewność co do całkowitej ilości rezerw, ale także co do tego, ile z nich można wydobyć w sposób zarobkowy ze względów technologicznych, ekonomicznych i politycznych, takich jak dostępność złóż kopalin, poziom siarki i innych zanieczyszczeń w ropie naftowej oraz węgiel, koszty transportu i niestabilność społeczna w regionach produkcyjnych. Na ogół najłatwiejsze do zdobycia złoża to złoża eksploatowane w pierwszej kolejności.
Węgiel
Węgiel jest najbardziej rozpowszechnionym i spalanym paliwem kopalnym. To było paliwo, które zapoczątkowało rewolucję przemysłową i nadal rośnie w użyciu; Chiny, które mają już wiele najbardziej zanieczyszczonych miast świata, w 2007 roku budowały co tydzień około dwóch elektrowni węglowych. Duże rezerwy węgla uczyniłyby go popularnym kandydatem do zaspokojenia zapotrzebowania na energię społeczności globalnej, bez obaw związanych z globalnym ociepleniem i innymi zanieczyszczeniami.
Gazu ziemnego
.svg)
Gaz ziemny jest powszechnie dostępnym paliwem kopalnym, którego zasoby do wydobycia szacuje się na 850 000 km³ i co najmniej tyle samo, dzięki ulepszonym metodom uwalniania gazu łupkowego. Udoskonalenia technologiczne i szerokie poszukiwania doprowadziły do znacznego zwiększenia zasobów gazu ziemnego do wydobycia w miarę rozwoju metod szczelinowania łupkowego. Przy obecnych wskaźnikach zużycia gaz ziemny mógłby zaspokoić większość światowego zapotrzebowania na energię przez okres od 100 do 250 lat, w zależności od wzrostu zużycia w czasie.
Olej
Szacuje się, że na Ziemi może znajdować się 57 ZJ rezerw ropy naftowej (chociaż szacunki wahają się od 8 ZJ, składających się z obecnie potwierdzonych i możliwych do wydobycia rezerw, do maksymalnie 110 ZJ) składających się z dostępnych, ale niekoniecznie możliwych do wydobycia rezerw, oraz zawiera optymistyczne szacunki dotyczące źródeł niekonwencjonalnych, takich jak piaski roponośne i łupki bitumiczne . Obecny konsensus wśród 18 uznanych szacunków profili podaży jest taki, że szczyt wydobycia nastąpi w 2020 r. w tempie 93 mln baryłek dziennie (mbd). Obecne zużycie ropy wynosi 0,18 ZJ rocznie (31,1 mld baryłek) lub 85 mbd.
Rośnie obawa, że w najbliższej przyszłości może dojść do szczytowego wydobycia ropy , co spowoduje poważny wzrost cen ropy . Raport francuskiego Ministerstwa Gospodarki, Przemysłu i Finansów z 2005 r. sugerował najgorszy scenariusz, który może nastąpić już w 2013 r. Istnieją również teorie, że szczyt światowej produkcji ropy może nastąpić już za 2-3 lata. ASPO przewiduje, że szczytowy rok przypada na 2010 r. Inne teorie prezentują pogląd, że miało to miejsce już w 2005 r. Światowe wydobycie ropy naftowej (łącznie z dzierżawionymi kondensatami) według danych US EIA spadło ze szczytowego poziomu 73,720 mbd w 2005 r. do 73,437 w 2006 r., 72,981 w 2007 r. i 73,697 w 2008 r. Zgodnie z teorią peak oil zwiększenie produkcji doprowadzi do szybszego załamania produkcji w przyszłości, podczas gdy malejąca produkcja doprowadzi do wolniejszego spadku, ponieważ krzywa dzwonowa będzie być rozłożone na więcej lat.
W wyznaczonym celu podniesienia cen ropy do 75 USD za baryłkę, które spadły z najwyższego poziomu 147 USD do najniższego poziomu 40 USD, OPEC ogłosił zmniejszenie produkcji o 2,2 mbd począwszy od 1 stycznia 2009 roku.
Zrównoważony rozwój
Oczekuje się, że względy polityczne dotyczące bezpieczeństwa dostaw, kwestie środowiskowe związane z globalnym ociepleniem i zrównoważonym rozwojem odsuną światowe zużycie energii od paliw kopalnych. Koncepcja peak oil pokazuje, że około połowa dostępnych zasobów ropy naftowej została wyprodukowana i przewiduje spadek produkcji.
Odejście rządu od paliw kopalnych najprawdopodobniej wywołałoby presję gospodarczą poprzez emisje dwutlenku węgla i ekologiczne opodatkowanie . Niektóre kraje podejmują działania w wyniku Protokołu z Kioto i proponuje się dalsze kroki w tym kierunku. Na przykład Komisja Europejska zaproponowała, aby polityka energetyczna Unii Europejskiej wyznaczyła wiążący cel zwiększenia poziomu energii odnawialnej w całym miksie UE z mniej niż 7% w 2007 r. do 20% do 2020 r.
Antytezą zrównoważonego rozwoju jest lekceważenie granic, potocznie nazywane Efektem Wyspy Wielkanocnej, czyli pojęciem braku możliwości rozwoju zrównoważonego rozwoju, co skutkuje wyczerpywaniem się zasobów naturalnych. Niektórzy szacują, że przy założeniu obecnego poziomu zużycia, obecne rezerwy ropy naftowej mogą zostać całkowicie wyczerpane do 2050 roku.
Energia nuklearna
Energia nuklearna
Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej ocenia pozostałe zasoby uranu była równa 2500 ZJ. Zakłada to zastosowanie reaktorów reprodukcyjnych , które są w stanie wytworzyć więcej materiału rozszczepialnego niż zużywają. IPCC oszacowało obecnie, że ekonomicznie możliwe do odzyskania złoża uranu dla reaktorów z jednorazowym cyklem paliwowym wynoszą zaledwie 2 ZJ. Szacuje się, że ostatecznie odzyskiwalny uran wynosi 17 ZJ dla reaktorów jednoprzejściowych i 1000 ZJ dla reaktorów ponownego przetwarzania i prędkich reaktorów powielających.
Zasoby i technologia nie ograniczają zdolności energii jądrowej do zaspokojenia zapotrzebowania na energię w XXI wieku. Jednak polityczne i środowiskowe obawy dotyczące bezpieczeństwa jądrowego i odpadów radioaktywnych zaczęły ograniczać wzrost dostaw energii pod koniec ubiegłego wieku, w szczególności z powodu szeregu awarii jądrowych . Obawy o rozprzestrzenianie się broni jądrowej (zwłaszcza w przypadku plutonu produkowanego przez reaktory rozrodcze) powodują, że rozwój energetyki jądrowej przez kraje takie jak Iran i Syria jest aktywnie zniechęcany przez społeczność międzynarodową.
Chociaż na początku XXI wieku uran jest podstawowym paliwem jądrowym na świecie, inne, takie jak tor i wodór, były badane od połowy XX wieku.
Zasoby toru znacznie przewyższają zasoby uranu i oczywiście wodór jest obfity. Jest również uważany przez wielu za łatwiejszy do zdobycia niż uran . Podczas gdy kopalnie uranu są zamknięte pod ziemią, a zatem bardzo niebezpieczne dla górników, tor jest pobierany z odkrywek i szacuje się, że jest mniej więcej trzy razy bardziej obfity niż uran w skorupie ziemskiej.
Od lat sześćdziesiątych wiele zakładów na całym świecie spalało Thorium .
Fuzja nuklearna
Alternatywy dla produkcji energii poprzez fuzję wodoru są badane od lat pięćdziesiątych. Żadne materiały nie są w stanie wytrzymać temperatur wymaganych do zapalenia paliwa, dlatego należy je ograniczać metodami bez użycia materiałów. Głównymi alternatywami są magnetyczne i inercyjne uwięzienie ( Cadarache , inercyjne połączenie uwięzienia ), które są gorącymi tematami badawczymi we wczesnych latach XXI wieku.
Energia termojądrowa to proces napędzający Słońce i inne gwiazdy. Generuje duże ilości ciepła poprzez stapianie jąder izotopów wodoru lub helu, które mogą pochodzić z wody morskiej. Ciepło można teoretycznie wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej. Temperatury i ciśnienia potrzebne do podtrzymania fuzji sprawiają, że proces ten jest bardzo trudny do kontrolowania. Fuzja teoretycznie jest w stanie dostarczyć ogromne ilości energii przy stosunkowo niewielkim zanieczyszczeniu. Chociaż zarówno Stany Zjednoczone, jak i Unia Europejska, a także inne kraje wspierają badania nad syntezą jądrową (takie jak inwestycje w obiekt ITER ), według jednego z raportów, niewystarczające badania opóźniły postęp w badaniach nad syntezą jądrową przez ostatnie 20 lat.
Zasoby odnawialne
Zasoby odnawialne są dostępne co roku, w przeciwieństwie do zasobów nieodnawialnych, które ostatecznie się wyczerpują. Proste porównanie to kopalnia węgla i las. Choć las mógłby być wyczerpany, jeśli jest zarządzany, stanowi ciągłe źródło energii, w przeciwieństwie do kopalni, która kiedyś została wyczerpana, zniknęła. Większość dostępnych zasobów energetycznych Ziemi to zasoby odnawialne. Zasoby odnawialne stanowią ponad 93 procent całkowitych rezerw energii w USA. Roczne zasoby odnawialne pomnożono przez trzydzieści lat dla porównania z zasobami nieodnawialnymi. Innymi słowy, gdyby wszystkie nieodnawialne zasoby zostały równomiernie wyczerpane w ciągu 30 lat, stanowiłyby one tylko 7 procent dostępnych zasobów każdego roku, gdyby wszystkie dostępne zasoby odnawialne zostały opracowane.
Biomasa
Produkcja biomasy i biopaliw to rozwijające się gałęzie przemysłu, ponieważ rośnie zainteresowanie zrównoważonymi źródłami paliw. Wykorzystanie produktów odpadowych pozwala uniknąć kompromisu między żywnością a paliwem , a spalanie metanu zmniejsza emisje gazów cieplarnianych, ponieważ chociaż uwalnia dwutlenek węgla, dwutlenek węgla jest 23 razy mniej gazem cieplarnianym niż metan. Biopaliwa stanowią zrównoważony częściowy zamiennik paliw kopalnych, ale ich wpływ netto na emisje gazów cieplarnianych zależy od praktyk rolniczych stosowanych do uprawy roślin wykorzystywanych jako surowiec do wytwarzania paliw. Chociaż powszechnie uważa się, że biopaliwa mogą być neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla , istnieją dowody na to, że biopaliwa produkowane obecnymi metodami rolniczymi są istotnymi emiterami netto dwutlenku węgla. Geotermia i biomasa to jedyne dwa odnawialne źródła energii, które wymagają starannego zarządzania, aby uniknąć lokalnego wyczerpania.
Geotermalna
Szacunki dotyczące możliwych do wykorzystania zasobów energii geotermalnej na całym świecie znacznie się różnią, w zależności od zakładanych inwestycji w technologię i badania oraz domysłów dotyczących formacji geologicznych. Według badania z 1998 r. może to wynosić od 65 do 138 GW mocy wytwórczej energii elektrycznej „przy użyciu zaawansowanej technologii”. Inne szacunki wahają się od 35 do 2000 GW mocy wytwórczych energii elektrycznej, z dalszym potencjałem 140 E J /rok bezpośredniego wykorzystania.
W raporcie MIT z 2006 r., który uwzględnił wykorzystanie ulepszonych systemów geotermalnych (EGS), stwierdzono, że wytworzenie 100 GWe (gigawatów energii elektrycznej) lub więcej do 2050 r., tylko w Stanach Zjednoczonych , byłoby opłacalne przy maksymalnej inwestycji wynoszącej 1 miliard dolarów na badania i rozwój w ciągu 15 lat. Raport MIT obliczył całkowite światowe zasoby EGS na ponad 13 YJ, z czego ponad 0,2 YJ byłoby możliwe do wydobycia, z możliwością zwiększenia ich do ponad 2 YJ dzięki ulepszeniom technologicznym – wystarczającym do zaspokojenia całego światowego zapotrzebowania na energię przez kilka tysięcy lat . Całkowita zawartość ciepła w Ziemi wynosi 13 000 000 YJ.
Energia wodna
W 2005 r. energia wodna dostarczała 16,4% światowej energii elektrycznej, w porównaniu z 21,0% w 1973 r., ale tylko 2,2% światowej energii.
Energia słoneczna
Odnawialne źródła energii są nawet większe niż tradycyjne paliwa kopalne i teoretycznie mogą z łatwością zaspokoić światowe potrzeby energetyczne. Na powierzchnię planety spada 89 PW energii słonecznej. Chociaż nie jest możliwe uchwycenie całej, a nawet większości tej energii, wychwytywanie mniej niż 0,02% wystarczyłoby do zaspokojenia obecnego zapotrzebowania na energię. Bariery w dalszym wytwarzaniu energii słonecznej obejmują wysoką cenę wytwarzania ogniw słonecznych i zależność od warunków pogodowych w celu wytwarzania energii elektrycznej. Ponadto obecna generacja energii słonecznej nie wytwarza energii elektrycznej w nocy, co stanowi szczególny problem w krajach położonych na północnej i południowej szerokości geograficznej; zapotrzebowanie na energię jest największe zimą, natomiast dostępność energii słonecznej jest najniższa. Można temu zaradzić, kupując energię od krajów położonych bliżej równika w miesiącach zimowych, a także za pomocą rozwoju technologicznego, takiego jak rozwój niedrogiego magazynowania energii. Na całym świecie wytwarzanie energii słonecznej jest najszybciej rozwijającym się źródłem energii, odnotowując roczny średni wzrost o 35% w ciągu ostatnich kilku lat. Chiny , Europa , Indie , Japonia i Stany Zjednoczone są głównymi, rosnącymi inwestorami w energię słoneczną. Udział energii słonecznej w światowym zużyciu energii elektrycznej na koniec 2014 r. wyniósł 1%.
Moc fal i pływów
Pod koniec 2005 roku energia pływowa wyprodukowała 0,3 GW energii elektrycznej . Ze względu na siły pływowe wytworzone przez Księżyc (68%) i Słońce (32%) oraz względną rotację Ziemi względem Księżyca i Słońca, pływy ulegają wahaniom. Te wahania pływowe powodują rozpraszanie w średnim tempie około 3,7 TW.
Innym fizycznym ograniczeniem jest energia dostępna podczas wahań pływowych oceanów, która wynosi około 0,6 EJ ( exa dżul ). Zauważ, że to tylko maleńki ułamek całkowitej energii rotacyjnej Ziemi. Bez wymuszania, energia ta byłaby rozpraszana (przy szybkości rozpraszania 3,7 TW) w ciągu około czterech semi - dziennych okresów przypływu. Tak więc rozpraszanie odgrywa znaczącą rolę w dynamice pływów oceanów. Dlatego ogranicza to dostępną energię pływu do około 0,8 TW (20% szybkości rozpraszania), aby zbytnio nie zakłócać dynamiki pływu.
Fale pochodzą z wiatru, który z kolei pochodzi z energii słonecznej, a przy każdej konwersji następuje spadek dostępnej energii o około dwa rzędy wielkości. Całkowita moc fal, które obmywają brzegi Ziemi, wynosi do 3 TW.
Moc wiatru
Dostępne szacunki dotyczące energii wiatrowej wahają się od 300 TW do 870 TW. Stosując niższe szacunki, zaledwie 5% dostępnej energii wiatrowej zaspokoiłoby obecne zapotrzebowanie na energię na całym świecie. Większość tej energii wiatrowej jest dostępna na otwartym oceanie. W oceany pokrywają 71% planety i wiatr zazwyczaj wiać silniej na wodach otwartych, ponieważ istnieje mniej przeszkód.