Материалы используемые человеком производятся в основном из других: Подготовка к ЕГЭ: 1-3

Аварийно химические опасные вещества

Аварийно химические опасные вещества (аммиак, хлор). Их воздействие на организм человека. Предельно допустимые и поражающие концентрации

Растет ассортимент применяемых в промышленности, сельском хозяйстве и быту химических веществ. Некоторые из них токсичны и вредны. При проливе или выбросе в окружающую среду способны вызвать массовые поражения лю­дей, животных, приводят к заражению воздуха, почвы, воды, растений. Их на­зывают аварийно химические опасные вещества(АХОВ). Определенные виды АХОВ находятся в больших количествах на предприятиях, их производя­щих или использующих в производстве. В случае аварии может произойти по­ражение людей не только непосредственно на объекте, но и за его пределами, в ближайших населенных пунктах.

Крупными запасами опасных веществ располагают предприятия химической, целлюлозно-бумажной, оборонной, нефтеперерабатывающей и не­фтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, промыш­ленности минудобрений.

Значительные их количества сосредоточены на объектах пищевой, мясо-мо­лочной промышленности, холодильниках, торговых базах, различных АО, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Наиболее распространенными из них являются хлор, аммиак, сероводород, двуокись серы (сернистый газ), нитрил акриловой кислоты, синильная кислота, фосген, метилмеркаптан, бензол, бромистый водород, фтор, фтористый водо­род.

Хлор

При нормальных условиях газ желто-зеленого цвета с резким раздражающим специфическим запахом. При обычном давлении затвердевает при -101 °С и сжи­жается при -34° С. Тяжелее воздуха примерно в 2,5 раза. Вследствие этого сте­лется по земле, скапливается в низинах, подвалах, колодцах, тоннелях.

Ежегодное потребление хлора в мире достигает 40 млн. т.

Используется он в производстве хлорорганических соединений (винил хло­рида, хлоропренового каучука, дихлорэтана, хлорбензола и др.). В большинстве случаев применяется для отбеливания тканей и бумажной массы, обеззаражи­вания питьевой воды, как дезинфицирующее средство и в различных других отраслях промышленности.

Хранят и перевозят его в стальных баллонах и железнодорожных цистернах под давлением. При выходе в атмосферу дымит, заражает водоемы.

В первую мировую войну применялся в качестве отравляющего вещества уду­шающего действия. Поражает легкие, раздражает слизистые и кожу.

Первые признаки отравления — резкая загрудинная боль, резь в глазах, сле­зоотделение, сухой кашель, рвота, нарушение координации, одышка. Сопри­косновение с парами хлора вызывает ожоги слизистой оболочки дыхательных путей, глаз, кожи.

Воздействие в течение 30 — 60 мин при концентрации 100 — 200 мг/м³ опас­но для жизни.

Если все-таки произошло поражение хлором, пострадавшего немедленно вы­носят на свежий воздух, тепло укрывают и дают дышать парами спирта или воды.

При интенсивной утечке хлора используют распыленный раствор каль­цинированной соды или воду, чтобы осадить газ. Место разлива заливают ам­миачной водой, известковым молоком, раствором кальцинированной соды или каустика с концентрацией 60 —80% и более (примерный расход — 2л раствора на 1 кг хлора).

Аммиак

При нормальных условиях бесцветный газ с характерным резким запахом («нашатырного спирта»), почти в два раза легче воздуха. При выходе в атмос­феру дымит. При обычном давлении затвердевает при температуре -78°С и сжижается при -34°С. С воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах 15 — 28 объемных процентов.

Растворимость его в воде больше, чем у всех других газов: один объем воды поглощает при 20°С около 700 объемов аммиака, 10%-й раствор аммиака посту­пает в продажу под названием «нашатырный спирт». Он находит применение в медицине и в домашнем хозяйстве (при стирке белья, выведении пятен и т.д.). 18-20%-й раствор называется аммиачной водой и используется как удобрение.

Жидкий аммиак — хороший растворитель большинства органических и не­органических соединений.

Мировое производство аммиака ежегодно составляет около 90 млн.т. Его используют при получении азотной кислоты, азотосодержащих солей, соды, мочевины, синильной кислоты, удобрений, диазотипных светокопировальных материалов.

Жидкий аммиак широко применяется в качестве рабочего веще­ства (хладагента) в холодильных машинах и установках.

Перевозится в сжиженном состоянии под давлением. Предельно допустимые концентрации (ПДК) в воздухе населенных мест: среднесуточная и максималь­но разовая — 0,2 мг/м³, в рабочем помещении промышленного предприятия — 20 мг/м³. Если же его содержание в воздухе достигает 500 мг/м³, он опасен для вдыхания (возможен смертельный исход).

Вызывает поражение дыхательных путей. Признаки: насморк, кашель, зат­рудненное дыхание, удушье, учащается сердцебиение, нарастает частота пуль­са. Пары сильно раздражают слизистые оболочки и кожные покровы, вызыва­ют жжение, покраснение и зуд кожи, резь в глазах, слезотечение. При сопри­косновении жидкого аммиака и его растворов с кожей возникает обмороже­ние, жжение, возможен ожог с пузырями, изъязвления.

Если поражение аммиаком все же произошло, следует немедленно вынести пострадавшего на свежий воздух. Транспортировать надо в лежачем положе­нии. Необходимо обеспечить тепло и покой, дать увлажненный кислород. При отеке легких искусственное дыхание делать нельзя.

В случае аварии необходимо опасную зону изолировать, удалить людей и не допускать никого без средств защиты органов дыхания и кожи. Около зоны следует находиться с наветренной стороны. Место разлива нейтрализуют сла­бым раствором кислоты, промывают большим количеством воды. Если про­изошла утечка газообразного аммиака, то с помощью поливомоечных машин, авторазливочных станций, пожарных машин распыляют воду, чтобы погло­тить пары.

Зоны заражения АХОВ

В большинстве случаев при аварии и разрушении емкости давление над жид­кими веществами падает до атмосферного, АХОВ вскипает и выделяется в атмосферу в виде газа, пара или аэрозоля. Облако газа (пара, аэрозоля) АХОВ, образовавшееся в момент разрушения емкости в пределах первых 3 минут, называется первичным облаком зараженного воздуха. Оно распространяется на большие расстояния.

Оставшаяся часть жидкости (особенно с температу­рой кипения выше 20°С) растекается по поверхности и также постепенно ис­паряется. Пары (газы) поступают в атмосферу, образуя вторичное облако зараженного воздуха, которое распространяется на меньшее расстояние.

Таким образом, зона заражения АХОВ — это территория, зараженная ядо­витыми веществами в опасных для жизни людей пределах (концентрациях).

Глубина зоны распространения зараженного воздуха зависит от концентрации АХОВ и скорости ветра. Например, при ветре 1 м/с за один час облако от места аварии удалится на 5 — 7 км, при 2 м/с — на 10 — 14, а при З м/с — на 16 — 21 км. Значительное увеличение скорости ветра (6-7 м/с и более) способствует его быстрому рассеиванию. Повышение температуры почвы и воздуха ускоряет ис­парение АХОВ, а следовательно, увеличивает концентрацию его над заражен­ной территорией. На глубину распространения АХОВ и величину его концент­рации в значительной степени влияют вертикальные перемещения воздуха, как мы говорим, погодные условия.

Форма (вид) зоны заражения АХОВ в значительной мере зависит от скорости ветра. Так, например, при скорости менее 0,5 м/с она принимается за окружность, при скорости от 0,6 до 1 м/с — за полуокружность, при скорости от 1,1 м/с до 2 м/ с — за сектор с углом в 90°, при скорости более 2м/с — за сектор с углом в 45°.

Надо иметь в виду, что здания и сооружения городской застройки нагреваются солнечными лучами быстрее, чем расположенные в сельской местности. По­этому в городе наблюдается интенсивное движение воздуха, связанное обычно с его притоком от периферии к центру по магистральным улицам. Это способ­ствует проникновению АХОВ во дворы, тупики, подвальные помещения и со­здает повышенную опасность поражения населения. В целом можно считать, что стойкость АХОВ в городе выше, чем на открытой местности.

Вот почему все население, проживающее вблизи химически опасного объекта, должно знать, какие АХОВ используются на этом предприятии, какие ПДК уста­новлены для рабочей зоны производственных помещений и для населенных пун­ктов, какие меры безопасности требуют неукоснительного соблюдения, какие средства и способы защиты надо использовать в различных аварийных ситуаци­ях.

Защита от АХОВ

Защитой от АХОВ служат фильтрующие промышленные и гражданские проти­вогазы, промышленные респираторы, изолирующие противогазы, убежища ГО.

Промышленные противогазы надежно предохраняют органы дыхания, глаза и лицо от поражения. Однако их используют только там, где в воздухе содер­жится не менее 18% кислорода, а суммарная объемная доля паро- и газообразных вредных примесей не превышает 0,5%.

Недопустимо применять промышленные противогазы для защиты от ни­зкокипящих, плохо сорбирующихся органических веществ (метан, ацетилен, эти­лен и др.)

Если состав газов и паров неизвестен или их концентрация выше максимально допустимой, применяется только изолирующие противогазы ИП-4 и ИП-5.

    

Коробки промышленных противогазов строго специализированы по на­значению (по составу поглотителей) и отличаются окраской и маркировкой. Некоторые из них изготавливаются с аэрозольными фильтрами, другие без них. Белая вертикальная полоса на коробке означает, что она оснащена филь­тром.

Рассмотрим несколько примеров по основным АХОВ. Для защиты от хлора можно использовать промышленные противогазы марок А (коробка ко­ричневого цвета), БКФ (защитного), В (желтого), Г (половина черная, пол­овина желтая), а также гражданские противогазы ГП-5, ГП-7 и детские.

          

А если их нет? Тогда ватно-марлевую повязку, смоченную водой, а лучше 2%-м раствором питьевой соды.

От аммиака защищает противогаз с другой коробкой, марки КД (серого цве­та) и промышленные респираторы РПГ-67КД, РУ-60МКД.

      

У них две сменных коробки (слева и справа). Они имеют ту же маркировку, что и противогазы. Надо помнить, что гражданские противогазы от аммиака не защищают. В крайнем случае надо воспользоваться ватно-марлевой повязкой, смоченной водой или 5%-м раствором лимонной кислоты.

Для защиты от АХОВ в очаге аварии используются в основном средства ин­дивидуальной защиты кожи (СИЗК) изолирующего типа, общевой­сковой защитный комплект ОЗК.

Для населения рекомендуются подручные средства защиты кожи в комплекте с противогазами. Это могут быть обычные непромокаемые накидки и плащи, а также пальто из плотного толстого материала, ватные куртки. Для ног — рези­новые сапоги, боты, калоши. Для рук — все виды резиновых и кожаных перча­ток и рукавицы.

В случае аварии с выбросом АХОВ убежища обеспечивают надежную за­щиту. Во-первых, если неизвестен вид вещества или его концентрация слиш­ком велика, можно перейти на полную изоляцию (третий режим), можно также какое-то время находиться в помещении с постоянным объемом воздуха. Во-вторых, фильтропоглотители защитных сооружений препятствуют проникно­вению хлора, фосгена, сероводорода и многих других ядовитых веществ, обес­печивая безопасное пребывание людей.

В крайнем случае при распространении газов, которые тяжелее воздуха и сте­лются по земле, как хлор и сероводород, можно спасаться на верхних этажах зда­ний, плотно закрыв все щели в дверях, окнах, задраив вентиляционные отверстия.

Выходить из зоны заражения нужно в одну из сторон, перпендикулярную на­правлению ветра, ориентируясь на показания флюгера, развевание флага или любого другого куска материи, наклон деревьев на открытой местности.

Первая помощь пораженным АХОВ

Она складывается из двух частей. Первая — обязательная для всех случаев поражения, вторая — специфическая, зависящая от характера воздействия вред­ных веществ на организм человека.

Итак, общие требования. Надо как можно скорее прекратить воздействия АХОВ. Для этого необходимо надеть на пострадавшего противогаз и вынести его на свежий воздух, обеспечить полный покой и создать тепло. Расстегнуть ворот, осла­бить поясной ремень. При возможности снять верхнюю одежду, которая может быть заражена парами хлора, сероводорода, фосгена или другого вещества.

Специфические. Например, при поражении хлором, чтобы смягчить раздра­жение дыхательных путей, следует дать вдыхать аэрозоль 0,5%-го раствора пи­тьевой соды. Полезно также вдыхать кислород. Кожу и слизистые промывать 2%-м содовым раствором не менее 15 мин. Из-за удушающего действия хлора пострадавшему передвигаться самостоятельно нельзя. Транспортируют его толь­ко в лежачем положении. Если человек перестал дышать, надо немедленно сде­лать искусственное дыхание методом «изо рта в рот».

При поражении аммиаком пострадавшему следует дышать теплыми водяными парами 10%-го раствора ментола в хлороформе, дать теплое молоко с боржоми или содой. При удушье необходим кислород, при спазме голосовой щели — тепло на область шеи, теплые водяные ингаляции. Если произошел отек легких, искусственное дыхание делать нельзя. Слизистые и глаза промывать не менее 15 мин водой или 2%-м раствором борной кислоты. В глаза закапать 2-3 капли 30%-го раствора альбуцида, в нос — теплое оливковое, персиковое или вазели­новое масло. При поражении кожи обливают чистой водой, накладывают при­мочки из 5%-го раствора уксусной, лимонной или соляной кислоты.

Азот: что это такое и где он используется?

Во-первых, это инертный газ. Он не имеет запаха, цвета и не поддерживает жизнь, однако он важен для роста растений и является ключевой добавкой в удобрениях. Его применение распространяется далеко за пределы садоводства. Азот обычно имеет жидкую или газообразную форму (однако также можно получить твердый азот). Жидкий азот используется в качестве хладагента, который способен быстро замораживать продукты и объекты медицинских исследований, а также для репродуктивных технологий. Для пояснения мы остановимся на газообразном азоте.Азот широко используется, главным образом, по причине того, что он не вступает в реакцию с другими газами, в отличие от кислорода, который является крайне реактивным. Из-за своего химического состава атомам азота требуется больше энергии для разрушения и взаимодействия с другими веществами. С другой стороны, молекулы кислорода легче разрываются, поэтому газ становится гораздо более реактивным. Газообразный азот обладает противоположными свойствами, обеспечивая, при необходимости, инертную среду.Отсутствие реакционной способности у азота является его самым важным качеством. В результате газ используется для предотвращения медленного и быстрого окисления. Электронная промышленность представляет собой прекрасный пример такого использования, поскольку при производстве печатных плат и других небольших компонентов может возникать медленное окисление в виде коррозии. Кроме того, медленное окисление характерно для производства продуктов питания и напитков, в этом случае азот используется для замещения или замены воздуха, чтобы лучше сохранить конечный продукт. Взрывы и пожары являются хорошим примером быстрого окисления, поскольку для их распространения требуется кислород. Удаление кислорода из резервуара с помощью азота уменьшает вероятность возникновения этих аварий.Если в системе необходимо использовать азот, то рекомендуется рассмотреть три основных способа получения газа. Первым является аренда резервуара с азотом на месте и подача газа, вторым — использование газообразного азота, поставляемого в баллонах под высоким давлением. Третьим способом является производство собственного азота с использованием сжатого воздуха. Покупка или аренда азота может оказаться очень неудобной, неэффективной и дорогостоящей, поскольку приходится иметь дело со сторонним поставщиком. По этим причинам многие компании отказались от аренды и приняли решение производить свой собственный азот с возможностью контроля количества, чистоты и давления для требуемого применения. Дополнительные преимущества включают стабильную стоимость, отсутствие транспортных расходов или задержек, устранение опасностей, связанных с криогенным хранением, и исключение отходов, вызванных потерями от испарения или возврата баллонов под высоким давлением, которые никогда не опустошаются полностью.Существует два типа генераторов азота: мембранные генераторы азота, а также генераторы азота PSA (адсорбция при переменном давлении), которые обеспечивают очень высокую чистоту 99,999% или 10 PPM (частей на миллион) и даже выше. Узнайте больше о последнем варианте здесь.

Природные ресурсы мировой экономики

№2(29), 2014

Материалы из будущего учебника по мировой экономике и международным экономическим отношениям

В.Горбанев, д.геогр.н, профессор
И.Митрофанова, к.геогр.н., доцент

Природные ресурсы — это компоненты природной среды, используемые в процессе производства для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества.[1]

Природные ресурсы по своей сути имеют физическое происхождение, однако в процессе их использования они становятся экономическим ресурсом.

Природные ресурсы делятся на неисчерпаемые (агроклиматические, геотермальные, гидроэнергетические) и исчерпаемые. В свою очередь, исчерпаемые ресурсы делятся на невозобновляемые (минеральные) и возобновляемые (земельные, водные, биологические, рекреационные). Базируясь на этой классификации и развивая ее, данный учебник выделяет следующие виды природных ресурсов: минеральные (полезные ископаемые), энергетические, водные, биологические, земельные, агроклиматические, рекреационные.

При рассмотрении природных ресурсов важно оценивать ресурсообеспеченность, т.е. соотношение между разведанными запасами ресурсов и объемами их использования. Ресурсообеспеченность исчерпаемых невозобновляемых ресурсов оценивается количеством лет, на которые хватит этих ресурсов при современном уровне добычи. Для возобновляемых ресурсов определяют величину этих ресурсов, приходящуюся на душу населения.

Ресурсы минерального сырья в мире

Минеральное сырье по своему геологическому происхождению и назначению можно разделить на топливное, рудное, химическое, строительное и техническое.

По степени изученности запасы минеральных ресурсов подразделяются на четыре категории — разведанные (промышленные) — А, В и С1 и предварительно оцененные С2.

К категории, А (достоверные запасы) относят детально разведанные и изученные запасы с точным определением границ тел полезных ископаемых, на запасах этой категории уже ведется промышленная разработка, а допустимая погрешность в оценке запасов составляет до 10% от их объема. К категории В относят запасы, которые разведаны и изучены с детальностью, обеспечивающей выяснение основных особенностей условий залегания, но без точного отражения пространственного положения каждого типа, и при этом запасы этой категории либо еще не разрабатываются, либо находятся в начальной стадии разработки, а допустимая погрешность в оценке не превышает 15%. Категория С1 включает в себя запасы, которые либо находятся в стадии разведки, либо по которым была осуществлена разведка и проведена их частичная оценка, а допустимая погрешность в оценке этих запасов не должна превышать 25%. Запасы категории С2 (потенциальные) относятся к предварительно оцененным, когда границы месторождений не определены, проведение разведочных работ только планируется, а погрешность в оценках объема запасов может достигать 50%.

Топливные минеральные ресурсы

Топливное минеральное сырье имеет осадочное происхождение, поэтому размещено неравномерно и приурочено к осадочным чехлам платформенных структур. К топливным ресурсам прежде всего относится «большая тройка» — нефть, природный газ и уголь, продуцирующие более 80% производимой в мире энергии (см. табл.11.5). Мировые геологические запасы минерального топлива оцениваются примерно в 13 трлн.т., т.е. обеспеченность человечества минеральным топливом составляет порядка 1000 лет. Причем на уголь приходится 60% запасов (по теплотворной способности), а на углеводородное топливо — 27%. В то же время структура мирового потребления первичных источников энергии складывается иная: в 2012 г. на уголь приходится около 30%, нефть — примерно 33%, газ — около 24%. Первое место в мире по разведанным запасам угля занимают США, по запасам нефти — Венесуэла и по запасам природного газа — Иран, который недавно несколько обошел Россию.

Таблица 1
Первые восемь стран по разведанным запасам топливных ресурсов в 2012 г.

Страна	Уголь (млрд. т)	Страна	Нефть (млрд. барр.)	Страна	Природный газ (трлн. м3)
США	237	Венесуэла	298	Иран	34
Россия	157	Саудовская Аравия	268	Россия	33
Китай	115	Канада	173	Катар	21
Австралия	76	Иран	155	Туркмения	17
Индия	61	Ирак	141	США	9
Германия	40	Кувейт	104	Саудовская Аравия	8
Украина	34	ОАЭ	98	Венесуэла	5
Казахстан	34	Россия	80	Нигерия	5

Источник: US Energy International Administration. International Energy Outlook, 2013.
Достоверные запасы угля сегодня оцениваются в 860 млрд.т, причем более половины из них приходится на каменный уголь и остальное — на менее калорийный бурый, а обеспеченность планеты углем составляет 400 лет. Наиболее богатыми углем оказываются США (на них приходится 28% достоверных мировых запасов), Австралия (9%), Германия (5%), а из менее развитых стран — Россия (более 18%), Китай (13%) и Индия (7%). Таким образом, на США, Россию, Китай и Австралию приходится около 70% мировых достоверных запасов угля. Если же оценивать запасы качественных коксующихся углей (они нужны для выплавки металлов), то на первые места выходят Австралия, Германия, Китай и США.

Сегодня уголь добывается примерно в 80 странах. Каменного угля добывается около 3,5 млрд. т, бурого — 1,2 млрд. т. Во многих развитых странах, начиная со второй половины ХХ века, угледобывающую промышленность поразил структурный кризис, вызванный с одной стороны острейшей конкуренцией со стороны нефтегазовой промышленности, а с другой — неблагоприятными физико-географическими и экологическими условиями добычи. В частности, сократилась добыча угля, отличающегося повышенной сернистостью. В результате многие развитые страны стали в большей степени ориентироваться на импортный уголь, к тому же еще и более дешевый. Так, практически прекратилась добыча угля во Франции и Бельгии, а старейшие каменноугольные районы — Рурский и Саарский в Германии, Аппалачский в США испытывают кризис. Несколько более стабильная ситуация сложилась с буроугольными и теми каменноугольными бассейнами, где добыча ведется более дешевым открытым способом.

Структурный кризис не коснулся менее развитых стран, где бурно развивается промышленность и энергетика и в то же время низка стоимость рабочей силы: здесь угольная промышленность, наоборот, испытывает бурный подъем. В настоящее время на 1-е место по добыче угля вышел Китай. Еще совсем недавно в стране добывали 1 млрд. т угля, а в 2012 г. уже было добыто 3,5 млрд.т. Крупнейшими разработчиками угля остаются также США (993 млн. т, хотя объемы добычи падают), Индия (590 млн. т.), Австралия, Индонезия, Россия (354 млн. т.), Германия, ЮАР, Колумбия. Особенно быстро растет добыча угля в Индонезии и Колумбии. Крупнейшими мировыми экспортерами угля в последние годы стали Австралия, Индонезия (2-е место в мире), Россия (экспортирует 19% добываемого угля.), США, Колумбия, ЮАР.

Таблица 2
Ведущие страны по производству, экспорту и потреблению топливных ресурсов
(в скобках указано место страны)

Нефть (млн. барр./день)				Газ (млрд. м3/год)				Уголь (млн. т/год)
Страна	Добыча, 2012 г.	Экспорт, 2012 г.	Потребление, 2013г.	Страна	Добы ча, 2012 г.	Экспорт, 2010 г.	Потребление, 2012 г.	Страна	Добыча, 2012 г.	Экспорт, 2010 г.	Потребление, 2012 г.
Россия	10,6(2)	7,2 (2)	2,2 (8)	США	681 (1)	32,2 (8)	722 (1)	Китай	3520 (1)	22,2 (10)	4053 (1)
Саудовская Аравия	11,5(1)	8,9 (1)	2,6 (5)	Россия	592(2)	185,8 (1)	416 (2)	США	992,2 (2)	114,0 (4)	1003 (2)
США	8,9 (3)	1,5	19,0 (1)	Канада	156(5)	92,4 (4)	101 (7)	Индия	588,5 (3)	—	788 (3)
Иран	3. 7 (6)	1,9 (7)	1,9	Катар	157 (4)	94,8 (3)	26	Австра- лия	415,5 (4)	328,1 (1)	—
Китай	4,1 (4)	0,5	9,5 (2)	Иран	160 (3)	7,9	156 (3)	Россия	353,5 (5)	122,1 (3)	262 (4)
Канада	3,7 (5)	1,6 (9)	2,2 (7)	Норвегия	115(6)	99,7 (2)	4	Индонезия	324,9 (6)	316,2 (2)	—
Ирак	3,1 (9)	2,2 (6)	0,7	Китай	107 (7)	3,8	144 (4)	ЮАР	255,1 (7)	76,7 (5)	210 (6)
ОАЭ	3,4 (7)	2,6(3)	0,5	Саудовская Аравия	103 (8)	—	103 (6)	Германия	188,6 (8)	—	256 (5)
Венесуэла	2,7	1,7(9)	0,7	Индонезия	71 (10)	42,3 (7)	37	Польша	139,2 (9)	18,1	162 (8)
Мексика	2,9 (10)	1,5	2,1 (10)	Нидерланды	64	57,7 (5)	36	Казах-стан	115,9 (10)	36,3 (8)	—
Кувейт	3,1(8)	2,4 (4)	0,3	Алжир	81(9)	55,3 (6)	31	Колумбия	85,8	76,4 (6)	—
Нигерия	2,4	2,2 (5)	0,3	Малайзия	65	30,8 (9)	33	Канада	68,2	36,9 (7)	—
Норвегия	1,9	1. 7 (10)	0,3	Велик-я	41	15,6	78 (9)	Вьетнам	44,5	24,7 (9)	—
Индия	0,9	0,8	3,2 (4)	Австра-я	49	24,7 (10)	25	Япония	—	—	202 (7)
Германия	0,2	0,5	2,5 (6)	Германия	9	16,2	75 (10)
Япония	0,1	—	4,5 (3)	Италия	8	0,1	69
Республика Корея	0,05	1,1	2,2 (9)	Япония	3	—	117 (5)
Ангола	1,8	1,7(8)	0,1	Мексика	58	64	84 (8)

Источник: BP Statistical Review of World Energy, 2013

Достоверные запасы нефти в мире оцениваются в 236 млрд. т, а ресурсообеспеченность нефтью оценивается в 55 лет. При с начала 1990-х гг обеспеченность нефтью и газом возросла на 60–65%, а объем добычи возрос всего на 25%, что говорит об опережающем развитии геологоразведочных работ. Однако геологоразведка, как и добыча, все больше перемещаются в районы с тяжелыми природными условиями с их более высокими издержками добычи. Так, более 30% запасов нефти находится в шельфовых зонах морей и океанов, поэтому в ряде стран, например, Великобритании, Норвегии, Габоне добыча нефти идет исключительно со дна моря. По прогнозам, огромные запасы углеводородного сырья сосредоточены на шельфовых морях Арктики и Дальнего Востока.

Подавляющая часть достоверных запасов нефти находится, а Азии, только в одном бассейне Персидского залива сосредоточено более 48% мировых запасов нефти. Долгое время лидером по запасам нефти была Саудовская Аравия (16% мировых запасов), но недавно ее обошла Венесуэла (18%). Далее идут Канада Иран и Ирак (по 9–10%), Кувейт, ОАЭ, Россия (5%). Канада раньше не отличалась большими запасами нефти, но после нахождения в провинции Альберта уникальных «нефтяных песков» Канада вышла в число ведущих стран по этому показателю (10%).

До начала 1970-х гг. мировая добыча нефти росла быстрыми темпами, однако после тогдашнего энергетического кризиса цена нефти резко поднялась, изменилась и география нефтедобычи — она стала перемещаться в труднодоступные места. Соответственно уровень мировой добычи нефти стал расти медленнее и сейчас составляет более 3,6 млрд. т в год. Однако если в странах ОЭСР происходит падение или очень медленный рост потребления нефти, то в остальных странах имеет место рост потребления нефти на 3,0–3,5%, что поддерживает рост ее добычи по миру в целом в районе 1%.

В 2012 г. Россия была на 2-м месте по добыче нефти (10.600 млн. барр. в день) после Саудовской Аравии (11.500 млн барр. в день). На 3-м месте стоят США (8.900 млн. барр. в день). В 2013 г., по российским данным, Россия добывала 10.800 млн барр. в сутки. Однако США (8, 4 млн. барр. в день) они имеют все шансы уже в обозримой перспективе стать мировым лидером в добыче нефти, оставив позади и Саудовскую Аравию и Россию: добыча нефти здесь растет максимальными за последние 150 лет темпами. Такое резкое увеличение объемов добычи в США становится возможным благодаря активной добыче сланцевой нефти в отдельных штатах. Крупнейшими разработчиками нефти являются также Норвегия, Иран, КНР, Канада, Ирак, ОАЭ, Мексика, Кувейт и ряд других стран. Особо следует отметить роль стран-членов ОПЕК, которые сосредотачивают 73% достоверных запасов нефти, хотя их доля в добыче в 2012 г. снизилась до 43%. Тем не менее они остаются основными мировыми экспортерами нефти и в первую очередь это Саудовская Аравия, Иран, ОАЭ.

Достоверные запасы природного газа в мире растут большими темпами и сегодня они оцениваются в 187 трлн. м³, причем все больше благодаря месторождениям на труднодоступных территориях. В результате добыча газа, также как и нефтедобыча, активно перемещается на шельфовые зоны морей и океанов, где сейчас добывается 28% всего газа. Ресурсообеспеченность газом оценивается в 70 лет.

В отличии от нефтедобычи динамика добычи газа в последние десятилетия отличается быстрым ростом и сейчас достигла 3,6 трлн. м³ в год, увеличиваясь в последние годы на 2–3%. Первое место в мире занимают США, которые в 2012 г. добыли 680 млрд. м³, все больше наращивая добычу сланцевого газа. Чуть меньше добывает газа Россия, которая в 2012 г. чуть снизила добычу до 653 млрд. м³ из-за медленного роста спроса на газ в ЕС. Далее с большим отрывом идут Канада, Катар, Иран Норвегия, Нидерланды, КНР и другие страны. Основными мировыми экспортерами природного газа являются Россия, Норвегия, Катар, Канада, Нидерланды, а в ближайшие годы — и США.

Рудные и другие минеральные ресурсы

Рудное минеральное сырье в отличие от осадочного топливного имеет за редким исключением магматическое или метаморфическое происхождение, поэтому приурочено к складчатым тектоническим структурам, к щитам, к разломам земной коры.

Урановые руды часто относят к топливным минеральным ресурсам, поскольку главное назначение урана — топливо для ядерных ректоров, устанавливаемых на АЭС. Оценки геологических запасов урановых руд сильно разнятся, хотя достоверные запасы, по данным МАГАТЭ, определены достаточно точно — 3,6 млн. т и сосредоточены в 44 государствах мира (2005 г.). Первое место безраздельно принадлежит Австралии — около 30% мировых запасов, далее идут Казахстан — 17%, Канада — около 12%, ЮАР — 10%, затем Намибия, Бразилия, Россия и др. Однако по новым российским данным Россия вышла на 2-е место в мире, обойдя Казахстан — 18% мировых запасов.

В то же время добыча руд и производство концентрата из него характеризуется несколько иной географией. Добыча урановых руд ведется в 25 странах мира: в Казахстане (33% мировой добычи), Канаде (18%), Австралии (11%), а также Намибии и Нигере (по 8%), России (7%), Узбекистане, США, ЮАР, Габоне. При этом объемы добычи урановой руды отличаются сильными колебаниями: максимальные объемы были достигнуты в конце 1970-х гг. во время энергетического кризиса, затем шло падение объемов производства, особенно после чернобыльской аварии, а с 2005 г. до 2009 г.г объемы добычи урана выросли более чем в 1,5 раза, прежде всего за счет Казахстана.

Железные руды имеют широкое распространение в земной коре и их разведанные запасы оцениваются в 160 млрд. т. Содержание железа в них колеблется в широких пределах — от 20% до 68%. По разведанным запасам железных руд господствует Украина (45% мировых запасов), далее идут Австралия (20%), Бразилия (17%), Россия (15%), Китай, Индия, США. Однако содержание железа в рудах не соответствует указанному ранжиру — самыми богатыми рудами обеспечены Либерия, Индия, Австралия, Бразилия, Венесуэла — руды в этих странах содержат более 60% полезного компонента.

Крупнейшими разработчиками железной руды в 2012 г. были Китай (43% мировой добычи), Австралия (20%), Бразилия (17%), Индия, Россия, Украина — всего железные руды добываются в 43 странах, в том числе на экспорт. Ряд стран, ранее ориентировавшихся на собственную железную руду, переходят на ее импорт и в первую очередь это относится к ЕС.

Самый распространенный в земной коре металл — это алюминий, причем концентрируется он в осадочных горных породах. Разведанные запасы бокситов в мире оцениваются в 30 млрд.т. Руды легких цветных металлов, в том числе бокситы, отличаются большим содержание полезного компонента — в бокситах его содержание составляет 30–60%. Наибольшими запасами бокситов обладают Гвинея (27% мировых разведанных запасов), Австралия (25%), Бразилия, Ямайка, КНР, Индия, Вьетнам, хотя последний, благодаря новым разведенным запасам, может занять первую строчку в рейтинге. Крупнейшими разработчиками бокситов являются Австралия (33% мировой добычи), КНР (19%), Бразилия (15%), Индия, Гвинея, Ямайка — всего порядка 30 стран. Некоторые развитые страны, такие как США, Франция, Греция, Венгрия или вообще прекратили добычу бокситов, или значительно ее сократили. Россия также ориентируется на импорт бокситов.

Руды тяжелых цветных металлов содержат значительно меньше полезного компонента. Так, содержание меди в рудах обычно составляет менее 5%. Крупнейшие страны-разработчики медных руд — это Чили (36% мировой добычи), США, Перу, КНР, Австралия, Россия, Индонезия (всего около 50 стран).

По запасам и добыче остальных минеральных ресурсов ведущие позиции занимает небольшой спектр стран. Так, более 70% мировой добычи марганца сосредоточено в Китае, ЮАР, Австралии, Габоне, Казахстане и Индии; хрома — в ЮАР, Казахстане, Индии, Зимбабве, Финляндии; свинца — в Австралии, Китае, США, Перу, Канаде; цинка — в КНР, Австралии, Перу, Канаде, США, Мексике; олова — в КНР, Перу, Индонезии, Бразилии, Боливии, Австралии, Малайзии, России; никеля — в России (25% мировой добычи), Канаде, Австралии, Индонезии, Франции (Новой Каледонии), Колумбии; кобальта — в ДРК (53% мировой добычи), Канаде, Китае, России, Замбии; вольфрама — в Китае (85% мировой добычи), России, Канаде, Австрии.

Среди нерудного сырья следует выделить химическое сырье: фосфориты, апатиты, соли, серу. Фосфориты добываются почти в 30 странах мира, среди которых лидируют США, Китай, Марокко, Тунис. По добыче натриевой соли выделяются США, Китай, Германия, Индия, Канада; калийной соли — Канада, Беларусь, Германия, Россия, Израиль.

12.2. Земельные, водные, лесные и рекреационные ресурсы мира
За период только после 1960 г. производство продовольствия в мире увеличилось в 2,5 раза, потребление воды — в 2 раза, вырубка лесов — в 3 раза. Все это обострило внимание к обеспеченности мира земельными, водными, лесными ресурсами.

Таблица 3
Обеспеченность ряда стран пахотными землями, лесными и водными ресурсами, в расчете на жителя

Страна	Пашня, га	Страна	Леса, га	Страна	Пресная вода, тыс.м3
Австралия	2,4	Габон	36,0	Демократическая Республика Конго	230
Казахстан	1,9	Канада	15,8	Норвегия	80
Канада	1,5	Россия	5,5	Канада	87
Россия	0,9	Финляндия	5,0	Венесуэла	44
Аргентина	0,9	Бразилия	2,5	Бразилия	42
США	0,6	США	0,9	Россия	32
Индия	0,17	Китай	0,1	Австралия	83
Германия	0,1	Индия	0,08	Китай	2
Китай	0,07	Германия	0,06	Германия	2

Земельные ресурсы
Земельные ресурсы — это площадь суши. Часть ее не имеет почвенного покрова (на­пример, ледники) и поэтому не может быть базой для производства сельскохозяйственного сырья и продовольствия. Общий земельный фонд мира (площадь суши за вычетом ледников Арктики и Антарктики) равен 13,4 млрд. га., или более 26% всей площади нашей планеты.

Структура земельного фонда с точки зрения развития сельского хозяйства выглядит не самым лучшим образом. Так, на обрабатываемые земли (пашня, сады, плантации) приходится 11%, на луга и пастбища — еще 26%, а остальное занимают леса и кустарники — 32%, земли под населенными пунктами, объектами промышленности и транспорта — 3%, малопродуктивные и непродуктивные земли (болота, пустыни и территории с экстремальными климатическими изотермами) — 28%.
Таким образом, сельскохозяйственные угодья (пашня, сады, плантации, луга и пастбища) составляют лишь 36% земельного фонда (4,8 млрд. га) и их увеличение в последние годы хоть и продолжаться, но медленно. По величине сельскохозяйственных угодий среди стран мира выделяются Китай, Австралия, США, Канада, Россия. В структуре сельскохозяйственных угодий площадь пашни составляет 28% (1,3 млрд. га), пастбищ — 70% (3,3 млрд. га), многолетних насаждений — 2%.

По мере роста населения обеспеченность сельскохозяйственными землями снижается: если в 1980 г. на душу населения мира приходилось 0,3 га пашни, то в 2011 г. — 0,24 га. В Северной Америке на душу населения приходится 0,65 га пахотной земли, Западной Европе — 0,28 га, Зарубежной Азии — 0,15 га, Южной Америке — 0,49 га, Африке — 0,30 га. Велики контрасты и между странами (см. табл. 12.3).

Уменьшение земельных ресурсов как общемировая тенденция происходит за счет отторжения продуктивных земель под предприятия, города и другие населенные пункты, развития транспортной сети. Огромные площади возделываемых земель утрачиваются в результате эрозии, засоления, заболачивания, опустынивания, физической и химической деградации. По данным ФАО общая площадь потенциально пригодных земель для земледелия в мире составляет около 3,2 млрд. га. Однако для включения в сельскохозяйственное производство этого резерва требуется колоссальное вложение труда и средств.

В развитых странах преобладает частное землевладение. Большая часть земельного фонда находится в руках крупных землевладельцев (фермеров и компаний) и сдается в аренду. Для развивающихся стран характерно разнообразие форм земельных отношений. Это и крупное помещичье землевладение, частное, иностранное, общинные земли, арендован­ные, имеются малоземельные и безземельные крестьянские хозяйства. В целом в мире доминирует частная форма землевладения, однако значительная доля крестьянских хозяйств (28%) не имеет собственной земли и вынуждена ее арендовать.

Водные ресурсы

Вода является необходимым условием существования всех живых организмов. С использованием водных ресурсов связана не только жизнь, но и хозяйственная деятельность человека.

Из общего количества воды на земле столь нужная для человечества пресная вода составляет 2,5% общего объема гидросферы (водной оболочки земли, представляющей собой совокупность морей, океанов, поверхностных вод суши, подземных вод, льдов, снегов Антарктиды и Арктики, атмосферных вод), или примерно 35 млн. м³, что превышает нынешние потребности человечества более чем в 10 тыс. раз, а остальные 97,5% объема гидросферы составляют воды мирового океана и соленые воды поверхностных и подземных озер.

Подавляющая часть пресных вод (70%) находится в полярных и горных льдах и вечной мерзлоте, которые практически не используются. Всего лишь 0,12% общего объема гидросферы составляют поверхностные воды рек, пресноводных озер, болот. Запасы пресных вод, пригодных для всех видов использования, называются водными ресурсами. Главным источником удовлетворения потребностей человечества в пресной воде являются речные воды. Их единовременный объем крайне мал — 1,3 тыс. км³, но поскольку этот объем возобновляется 23 раза в течение года, то фактический объем доступных пресных вод составляет 42 тыс. км³ (это, примерно, два Байкала). Это наш «водный паек», хотя реально можно использовать только половину этого количества.

Распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод. Многие страны находятся на грани кризиса по степени обеспеченности водными ресурсами — например, страны Персидского залива, малые островные государства. Одновременно выде­ляются страны с высокой степенью обеспеченности, в числе которых и Россия (см. табл. 12.3).

По ресурсам поверхностных вод ведущее место в мире занимает Россия. Средний суммарный сток рек составляет 4270 км³ в год в основном за счет таких рек, как Енисей, Ангара, Обь, Печора, Северная Двина и др. Эксплуатационные ресурсы подземных вод составляют 230 км³ в год. В целом в России на одного жителя приходится 31,9 тыс. м³ пресной воды в год. Тем не менее и в России ряд регионов испытывает нехватку пресной воды (Поволжье, Центрально-Черноземный район, Северный Кавказ, Уральский, Центральный районы), так как ее запасы сосредоточено на Европейском Севере, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Объем мирового потребления воды составляет 25% водных ресурсов планеты и, по оценкам ООН, составляет 3973 м³. Можно констатировать, что человечеству в целом не угрожает недостаток чистой питьевой воды. Тем не менее если «водный паек» человечества остается неизменным, то мировое потребление воды с 1960 г. по 2000 г. возрастало на 20% каждые десять лет, хотя за прошедшее десятилетие — лишь на 10%. К тому же, по данным ООН на конец 2000-х гг., более 1,2 млрд. человек на Земле лишено качественной питьевой воды, так как они или проживают в странах с нехваткой пресной воды или около источников воды, загрязненных бытовыми и промышленными отходами.

Главным потребителем воды в мире остается сельское хозяйство (82%), затем промышленность (8%), в быту потребляется всего 10%. В России структура водопотребления иная. Расход воды на промышленные нужды составляет 40%, на сельское хозяйство — 24%, бытовые расходы — 17%. Подобная структура потребления сложилась вследствие высокой доли водоемных отраслей промышленности и расточительного потребления воды в быту. Слабая обеспеченность водными ресурсами южных районов России, являющимися главными сельскохозяйственными районами страны, увеличивает уровень использования воды в сельском хозяйстве. Тем не менее суммарный расход воды в России составляет всего лишь 3% среднемноголетнего стока рек страны.

Водные ресурсы играют важную роль в развитии мирового энергетического хозяй­ства. Мировой гидроэнергетический потенциал оценивается в 10 трлн. квт. ч. возможной выработки электроэнергии. Около ½ этого потенциала приходится на 6 стран мира: Рос­сию, Китай, США, ДРК, Канаду, Бразилию.

Лесные ресурсы

Одним из наиболее важных видов биологических ресурсов являются лесные. Как и все остальные биологические ресурсы, они относятся к исчерпаемым, но возобновимым природным ресурсам. Лесные ресурсы оцениваются по размерам лесной площади, запасам древесины на корню, лесистости.

Среднемировая обеспеченность лесными ресурсами составляет 0,6 га на душу населения, и эта цифра также постоянно сокращается, главным образом за счет антропогенного обезлесения. Самая высокая обеспеченность лесными ресурсами (как и водными) — в экваториальных странах и северных странах умеренного пояса: в Суринаме — 36 га на душу населения, в Венесуэле — 11 га, в Бразилии — 2,5 га, в Австралии — 7 га, в России — 5,5 га, в Финляндии — 5 га, в Канаде — 16 га на душу населения. И наоборот в тропических странах и южных странах умеренного пояса обеспеченность лесом намного ниже и составляет менее 0,1 га на человека (см. табл. 12.3).

Общая лесная площадь составляет в мире 4,1 млрд. га, т.е. около 30% земной суши. Однако только за последние 200 лет лесные площади уменьшились вдвое и продолжают сокращаться со скоростью 25 млн. га, или на 0,6% в год, причем наиболее интенсивно сокращаются тропические леса южного лесного пояса. Так, Латинская Америка и Азия уже потеряли 40% вечнозеленых тропических лесов, а Африка — 5%. Вместе с тем, несмотря на интенсивную эксплуатацию лесов северного пояса в США, Канаде, скандинавских странах благодаря работам по лесовосстановлению и лесоразведению общая площадь лесов в них за последние десятилетия не уменьшилась.

Запасы древесины на корню в мире составляют примерно 350 млрд. м³. Россия зани­мает первое место по запасам древесины в мире — 25% мировых, или 83 млрд. м³, в т. ч. она обладает почти половиной мировых запасов древесных хвойных пород. Ежегодный прирост древесины, определяющий эксплуатацию лесов без подрыва их воспроизводства, составляет, по оценке, 5,5 млрд. м³. В начале нашего десятилетия объем заготовок древесины составил 5,5 млрд.м³ в год (включая нелегальную вырубку), т.е. объем заготовок был равен годовому приросту древесины. В России естественным путем восстанавливается около трети ежегодно вырубаемых лесов, остальные требуют специальных мер по их возобновлению.

Показатель лесистости территории — это отношение площади лесов к общей террито­рии страны. Россия по этому показателю лишь занимает 21-е место в мире из-за большой площади тундры и степей.

Рекреационные ресурсы

Под рекреационными ресурсами понимают природные компоненты и антропогенные объекты, обладающие уникальностью, исторической, художественной и эстетической ценностью, целебно-оздоровительной значимостью, предназначенные для организации различных видов отдыха, туризма и лечения. Они подразделяются на природные и антропогенные рекреационные ресурсы. Среди природных рекреационных ресурсов выделяются геологические и геоморфологические, гидрологические, климатические, энергетические, биологические, ландшафтные ресурсы.

К первым можно отнести Восточно-Африканский рифт, вулкан Везувий, горы Гималаи, плоскогорье Тибет, Большой барьерный риф у северо-восточного побережья Австралии, красные монолиты Улуру-Ката Тьюта в центре Австралии, фиорды Норвегии, Гранд-Каньон в США, заповедник «Столбы» в Красноярском крае.

К гидрологическим рекреационным ресурсам относят все типы поверхностных и подземных вод, обладающим рекреационными свойствами: озеро Байкал, водопады Анхель в Венесуэле, Игуасу в Аргентине и Бразилии, Ниагарский в США и Канаде, Мертвое море в Израиле и Иордании, каскад горячих горных озер Памук-Кале в Турции, ледник Федченко и Медвежий на Памире, долины гейзеров на Камчатке, в Чили, в Исландии, временно текущие реки на Памире.

К климатическим рекреационным ресурсам относят все курорты мира (приморские, горные, степные, лесные, пустынные, пещерные) и даже некоторые места с экстремальными свойствами климата и погоды (самое холодное место на Земле, самое ветреное, самое влажное, самое жаркое).

Биологические и ландшафтные рекреационные ресурсы объединяют элементы живой и неживой природы: почвенные, флористические и фаунистические ресурсы, представляющие научную, познавательную, медико-биологическую и эстетическую ценность. Среди уникальных биологических ресурсов и ландшафтов мира выделяются: остров Мадагаскар с его экосистемой, насчитывающей 10 тыс. видов эндемичных растений и животных, бассейн Амазонки, кальдера Нгоро-Нгоро и национальный парк Серенгети в Танзании, Горный Алтай, вулканы Камчатки, девственные леса Коми, черноземы и можжевеловые рощи Краснодарского края, кедровая и пихтовая тайга в России, регуры Деканского плоскогорья и старейший национальный парк Корбетт в Индии, Йосемитский и Йеллоустонский национальные парки в США, белые медведи Арктики и пингвины Антарктиды, кенгуру, коала, собака динго, австралийский дьявол в австралийских национальных парках «Голубые горы», «Какаду» и многих других, морские котики Командорских островов, Беловежская Пуща, Галапагосские острова (Эквадор), заповедники в Южной и Экваториальной Африке.

Рекреационные ресурсы антропогенного происхождения можно подразделить на материальные (воплощенные в памятниках архитектуры, музеях, дворцово-парковых ансамблях и т. д.) и духовные, нашедшие отражение в науке, образовании, литературе, народном быте и т. д. Это многочисленные музеи мирового значения, памятники истории и культуры России, европейских стран, Китая, Индии, Японии, Ирана, Мексики, Перу, Египта.

Особо следует отметить объекты всемирного наследия человечества. В 1972 г. ЮНЕСКО приняла Конвенцию о всемирном природном и культурном наследии и стала составлять список объектов Всемирного наследия. В настоящее время в составленном на ее основе списке 911 объектов наследия, в том числе 704 объекта культурного наследия, 180 — природного наследия и 27 — смешанного наследия.

Рекреационные ресурсы являются основой для туризма. В последние десятилетия в мире идет «туристический бум». По данным Всемирной туристской организации, в 2012 г. число только международных туристов в мире достигло 1 млрд. человек, а поступления от международного туризма превысили 1 трлн. долл. Лидерами мирового туризма в 2012 г. были Франция, США, Китай, а по доходам от туризма — США, Испания, Франция (см. табл.11.10).

Природные ресурсы России

Минеральные ресурсы нашей страны крайне разнообразны. На европейской территории и в Западной Сибири, покрытых мощным осадочным чехлом, имеются богатые месторождения осадочных, прежде всего топливных полезных ископаемых. 95% топливных ресурсов страны сосредоточены в её азиатской части. На щитах и в древних складчатых зонах, — в Кольско-Карельском районе, на Алтае и Урале, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, где происходили многочисленные выходы магматических интрузий, имеются богатые залежи рудных полезных ископаемых, золота, алмазов, химического и строительного сырья.

В результате Россия занимает ведущее положение в мире по доказанным (разведанным) запасам многих полезных ископаемых. Так, на нее приходится 18% газовых ресурсов мира и более 5% мировых запасов нефти. Подавляющая часть запасов газа находится в Западно-Сибирском бассейне, а также в Баренцево-Печорском, Оренбургском, Астраханском, Северокавказском, Ленско-Вилюйском и Охотоморском бассейнах России. Большая часть нефтяных запасов также находится в Западно-Сибирском бассейне и, кроме того, запасы нефти имеются в Волжско-Уральском, в Баренцево-Печорском, Северокавказском, Прикаспийском и Охотоморском бассейнах. Велики потенциальные запасы углеводородов на шельфах арктических и тихоокеанских морей, однако добыча здесь пока минимальна.

Россия занимают ведущее место и по запасам угля (18% мировых достоверных запасов мира), где бесспорным лидером являются бессейны-гиганты — Тунгусский и Ленский, однако их разведанные запасы невелики, добыча здесь почти не ведется. Из разрабатываемых бассейнов следует выделить огромный Канско-Ачинский буроугольный бассейн, Кузнецкий каменноугольный и другие бассейны угля, расположенные на территории России — Печорский, Донецкий, Иркутский, Южно-Якутский, Приморский, Сахалинский, Подмосковный.

Россия располагает 18% мировых запасов урановых руд. Основные российские месторождения находятся в Восточной Сибири и Дальнем Востоке — Читинской области, Бурятии и в Республике Саха. Урановые руды России беднее зарубежных. В эксплуатируемых подземным способом российских месторождениях руды содержат всего 0,18% урана, в то время как на канадских подземных рудниках отрабатываются руды с содержанием урана до 1%. По добыче урановых руд Россия располагается на 6-м месте (6,6% мировой добычи).

Важнейшей составной частью минерально-сырьевой базы являются руды черных и цветных металлов. Крупные месторождения железных руд в России — это, прежде всего, Курская магнитная аномалия, а также уральские, кольско-карельские и приангарские месторождения. По достоверным запасам железной руды Россия является одним из мировых лидеров — 15% мировых запасов. А по добыче железной руды Россия стоит на 5-м месте — более 100 млн т. Однако обеспеченность России необходимыми для металлургии марганцевыми и хромовыми рудами невелика.

Алюминиевые руды имеются на Европейском Севере (в том числе крупнейшее месторождение нефелинов на Кольском полуострове), в Северо-Западном районе России, на Урале и в Сибири. Однако в целом запасы алюминиевых руд в России невелики.

Россия располагает большими запасами никелевых руд, которые часто добываются совместно с медными. По добыче никелевых руд Россия занимает ведущее место в мире — более 20% мировой добычи.

Медные, кобальтовые, никелевые, платиновые руды добываются в России в районе Норильска, а также на Урале, на Кольском полуострове. Руды часто носят комплексный характер и содержат одновременно медь, никель, кобальт и другие компоненты. Вольфрамо-молибденовые руды имеются на Северном Кавказе и в Забайкалье. Комплексные, главным образом, свинцово-цинковые полиметаллические месторождения встречаются в Забайкалье, в Приморье, Северном Кавказе, Алтайском регионе. Богатые месторождения оловянных руд имеются на Дальнем Востоке. Россыпные и коренные месторождения золота имеются на Дальнем Востоке, в Забайкалье, горном Алтае.
После распада СССР России приходится приступать к освоению месторождений марганца, титано-циркониевых, хромовых руд, концентраты которых ранее полностью завозились из союзных республик.

Из нерудных месторождений следует выделить месторождения солей. Россия имеет крупные месторождения солей на Урале, в нижнем Поволжье, на юге Западной и Восточной Сибири. Уникальные месторождения апатитов имеются в Хибинах на Кольском полуострове. Фосфориты добываются в Центральной России. Месторождения серы известны в Поволжье. Богатые месторождения алмазов имеются в Республике Саха, обнаружены месторождения и на Европейском Севере недалеко от Архангельска.

Вместе с тем большинство месторождений полезных ископаемых России низкого качества, содержание полезных компонентов в них на 35–50% ниже среднемировых, кроме того, в ряде случаев они труднодоступны, находятся в районах с экстремальными природными условиями. В результате, несмотря на наличие значительных разведанных запасов, степень их промышленного освоения достаточно низкая: для бокситов — 33%, нефелиновых руд — 55%, меди — 49%, цинка — 17%, олова — 42%, молибдена — 31%, свинца — 9%, титана — 1%.

Земельные ресурсы в России достаточно велики, однако сельскохозяйственный угодья, как и во всем мире, имеют тенденцию к сокращению. За последние четверть века их площадь сократилась примерно на 15%. Хотя в структуре земельного фонда России пашня составляет лишь 7% и к тому же ее площадь сокращается, обеспеченность пашней в России одна из самых высоких в мире — около 0,9га на человека, причем Россия обладают огромными запасами наиболее плодородных — черноземных почв.

Анализ данных государственного мониторинга земель за состоянием окружающей природной среды показывает, что состояние качества земель фактически во всех субъектах Российской Федерации интенсивно ухудшается. Почвенный покров, особенно пашни и других сельскохозяйственных угодий, продолжает подвергаться деградации, загрязнению, захламлению и уничтожению, катастрофически теряет устойчивость к разрушению, способность к восстановлению свойств, воспроизводству плодородия вследствие истощительного и потребительского использования земель. К тому же примерно половина (северная) территории России находится в условиях избыточного увлажнения, а южная часть европейской территории России и южная Сибирь находятся в зоне недостаточного увлажнения. Переувлажненные и заболоченные земли занимают 12%, а засоленные, солонцеватые земли и земли с солонцовыми комплексами занимают 20% площади сельскохозяйственных угодий страны.

Лесные ресурсы в России крайне богаты. Обеспеченность лесными ресурсами в России одна из самых высоких в мире — 5 га на человека, поэтому 26% мировых запасов древесины приходится на Россию. При этом Россия располагает более зрелыми и продуктивными лесами, чем другие страны, т.к. в ее лесах преобладают хвойные породы. Поэтому в нашей стране сосредоточена почти половина запасов древесных хвойных пород мира.

На протяжении последних 30 лет состояние лесов непрерывно ухудшалось. Вырубки превышают лесовосстановление. Естественным путем восстанавливается около трети ежегодно вырубаемых лесов, остальные требуют специальных мер по их возобновлению. Особенно быстро деградируют леса европейской территории. Огромный урон лесам наносят также пожары, промышленные выбросы и строительные работы. Запасы древесины за последние годы снизились на 1,2 млрд м³, что говорит о том, что леса России «молодеют», т.е. вырубаются наиболее ценные — спелые и продуктивные леса, а восстановление идет за счет малоценных мелколиственных молодняков.

Водные ресурсы весьма велики — Россия по объёму водных ресурсов занимает 2-е место в мире после Бразилии, на одного жителя приходится 32 тыс. м³ пресной воды в год. Однако распределены они очень неравномерно. Так, на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов приходится 80% стока. В результате ряд регионов испытывающих нехватку пресной воды (Поволжье, Центрально-Черноземный район, Северный Кавказ, Уральский, Центральный районы), так как ее запасы главным образом сосредоточены на Европейском Севере, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Чрезвычайно быстрыми темпами растет забор пресной воды: если в 1950 г. он составлял 80 км³, то сейчас — 400 км³ в год. Это объясняется тем, что в России сложилась иная, чем в других странах структура водопотребления воды. Расход воды на промышленные нужды самый большой и составляет 57%, на сельское хозяйство идет 16% воды, на бытовые нужды — 23% и 4% водных ресурсов сосредоточено в водохранилищах. Подобная структура потребления (много промышленного и бытового потребления) сложилась вследствие высокой доли водоемких отраслей промышленности и расточительного потребления воды в коммунальном хозяйстве. Засушливость южных районов России, являющихся главными сельскохозяйственными районами страны, увеличивает уровень использования воды в сельском хозяйстве. Тем не менее суммарный расход воды в России составляет всего лишь 3% среднемноголетнего стока рек страны.

Серьезная проблема водных ресурсов — их загрязнение. Практически все крупные реки являются «загрязненными» или «сильно загрязненными». Около 57% водоемов, с которых производится забор питьевой воды, не соответствует санитарным стандартам по химическим и микробиологическим показателям. Примерно половина населения используют воду для питья, не соответствующую гигиеническим требованиям.

Гидроэнергетические ресурсы в России достаточно велики. Гидроэнергопотенциал России оценивается в 2,5 трлн. квт. ч. (12% мирового гидроэнергопотенциала), из них технически возможно использовать 1,7 трлн. квт. ч. электроэнергии. По обеспеченности гидроэнергоресурсами Россия занимает второе место в мире после Китая. Наиболее крупным суммарным гидропотенциалом обладают Дальний Восток и Восточная Сибирь.

Рекреационные ресурсыв России очень богаты, но, к сожалению, слабо и неэффективно используются. Средняя полоса России с мягким умеренным климатом, красивыми реками, возвышенностями и смешанными лесами весьма благоприятна для отдыха и лечения. Горные районы Кавказа, Урала, Алтая, Камчатки — прекрасные места для горного отдыха, туризма и горнолыжного спорта. Минеральные целебные источники на Кавказе, Алтае, Камчатке и других районах представляют большую ценность для лечения опорно-двигательного аппарата, желудочных и других заболеваний. Черноморское побережье по своей красоте превосходит морские побережья многих стран.
Россия богата также памятниками культуры. 24 ее объекта включены в Список всемирного наследия, в том числе Московский Кремль и Красная площадь; исторические центры Санкт-Петербурга и Новгорода; архитектурный ансамбль Троице-Сергиевой лавры; памятники Владимиро-Суздальской земли; историко-культурный комплекс Соловецких островов; погост Кижи.

[1] Максаковский В.П. Общая экономическая и социальная география. Курс лекций.М.: Инфра-М, 2010. С….

Лабораторная диагностика сальмонеллеза в Санкт-Петербурге

 Сальмонеллы — группа возбудителей, который вызывают такие кишечные инфекции, как тифы, паратифы и, собственно, сальмонеллез. Отличия заключаются в подвиде бактерии, которая проникла в организм пациента. Это влияет на клиническую картину, особенности диагностики, выбор метода лечения и эпидемиологические действия. Рассмотрим особенности возбудителей и заболеваний, которые они вызывают.

S. paratyphi вызывает паратифы, они различаются по типу заболевания и делятся на А, В и С. Salmonellatyphi вызывает брюшной тиф. Эти инфекционные заболевания сопровождаются циркуляцией возбудителя в крови, высокой температурой тела, реакцией лимфатических узлов и токсическими проявлениями. Сальмонеллы вызывают сальмонеллез, который протекает несколько легче чем тифы и паратифы. Эти патологии трудно отличить, основываясь лишь на клинических явлениях — для этого используются лабораторные методы исследования. Их объединяет то, что они тропны к пищеварительному тракту и большинство симптомов наблюдается именно со стороны этих органов. 

Эпидемиологические особенности патологий

Важным моментом при постановке диагноза являются особенности проникновения возбудителя в организм. В зависимости от этого различают несколько типов инфекций. К примеру, бактерии, которые приводят к развитию тифа и паратифов, являются антропонозными — передача инфекции наблюдается от людей, которые болеют и являются носителями. Сальмонеллез и некоторые паратифы являются зооантропонозами — инфекциями, которые общие и для животных. и для людей.

Строение сальмонелл позволяет им переживать условия внешней среды и продолжать свой жизненный цикл в воде, почве. Чтобы уничтожить их, необходимо использовать дезинфектанты и другие агрессивные вещества. В сточные воды и землю бактерии поступают, в основном, с испражнениями, поэтому путь передачи называется фекально-оральным. Кроме кала и мочи, значительное количество бактерий содержит слюна пациента, из чего также можно сделать выводы о передаче заболевания.

Когда необходимо пройти диагностику?

Анализы необходимо сдать тем, кто работает на пищевом производстве, посещает детский коллектив или работает в нем. Это нужно для того, чтобы исключить факт носительства бактерии. Пищевая промышленность опасна в эпидемиологическом плане, так как возбудитель превосходно чувствует себя на питательных средах, которые используются в производстве готовых блюд или продуктов. Детские коллективы также имеют свою особенность — в детском возрасте не так серьезно соблюдаются гигиенические меры, чаще наблюдается некачественное мытье рук, контакт грязных поверхностей со слизистой рта. Особенно важна диагностика и для беременных. В остальных случаях, анализы проводятся при наличии следующих симптомов:

• острое повышение температуры;
• нарастающая интоксикация, которая проявляется слабостью, головной болью, ломотой в костях и суставах;
• боль в животе, которая имеет спастический характер, локализуется вокруг пупочного кольца и в месте, где сходятся реберные дуги;
• тошнота, за которой следует неоднократная рвота;
• диарея, при которой может наблюдаться зеленоватый оттенок каловых масс и их неприятный запах;
• бледность кожных покровов;
• сухость слизистых;
• мелкопятнистая сыпь красного цвета, которая постепенно становится более бледной.

Наблюдаются различные формы и особенности течения заболеваний, поэтому симптомы могут несколько отличаться. Как правило, при подозрительной клинической картине пациенты обращаются к врачу, а он направляет их на сдачу анализов. Лабораторная диагностика используется и ретроспективно — после выздоровления, для определения иммунологической картины, а также для выявления устойчивых форм патологии.

перейти к анализам

Виды исследований при данных инфекционных заболеваниях

 Лабораторная диагностика брюшного тифа

Начало диагностики — забор материала. Биологические жидкости и ткани необходимо правильно собрать, в зависимости от фазы развития болезни. Лучше сделать это до начала приема антибактериальной терапии.

Постановка диагноза “брюшной тиф” происходит такими методами:

Бактериологическая диагностика.

Данные методы актуальны для ранней постановки диагноза. Возбудителя можно выявить в крови, тканях костного мозга, дуоденальном содержимом, в каловых массах и в моче. Посев палочек тифа дает точную информацию для постановки диагноза.

Метод гемокультуры

Для исследования берется кровь пациента, 10 мл, венозная. Посев производится на специфические питательные среды. В некоторых случаях, часть крови используется для посева, а сыворотка — для серологического анализа. Ожидается рост культур, которые идентифицирует с помощью макро- и микроскопического исследования.

Метод миелокультуры

На определенных стадиях патологического процесса можно выделять возбудитель из костного мозга — для этого проводится стернальная пункция и забор небольшого количества материала. Это безопасно и безболезненно, так как проходит на фоне анестезии. Посев происходит на питательные среды. Особенность метода — большая чувствительность. Методика обладает диагностической точностью даже при стертых формах болезни, которые невозможно определить методом гемокультуры.

Метод биликультуры

Забор желчи происходит путем зондирования 12-перстной кишки. Сеются 3 порции кишечного содержимого. Особенность методики — эффективность при поиске носителей или устойчивых форм болезни у носителей.

Исследование розеолокультур

Материал находится в элементах сыпи — это прозрачная жидкость в центре розеолы. Используется при негативном ответе на другие методы исследования и при наличии характерной сыпи. Для забора крови необходимо обработать кожу и скарифицировать её острием скальпеля. Содержимое элемента сыпи наносится на питательную среду, как и в остальных случаях.

Метод уринокультуры

Определение культур в моче больше направлено на поиск бактерионосителей, чем пациентов с активной формой болезни. Мочу собирают после тщательного туалета, а еще лучше с помощью катетера. В остальном, исследование происходит также, как и в случае с остальным биологическим материалом.

Анализ копрокультуры

Методика используется не так часто, так как в каловых массах возбудитель появляется через время после заболевания. Исследование используется для здоровых лиц и носителей.

Для выявления тифозных микроорганизмов может использоваться исследование воды.

Для того, чтобы идентифицировать сам микроорганизм используется специальный метод окраски — он позволяет увидеть под микроскопом типичные палочки, красного цвета, которые на концах имеют закругленные образования. Исследуют её форму, размеры, биохимические свойства и идентифицируют вид микроорганизма. Производится также фаготипирование, то есть определение конкретного вида возбудителя. 

Серологические методы

Используются для определения носительства или наличия патологического процесса. В диагностике тифа используется реакция Видаля, а также РИГА. Еще один серологический метод — иммуноферментный анализ.

Реакция Видаля позволяет выделить возбудитель из сыворотки крови. Реакция специфическая, начиная с 7-10 дня болезни. Особенность брюшного тифа — разные скорости повышения тех или иных типов антигенов. Определение всех антигенов позволяет правильно диагностировать процесс. Реакция имеет специфические особенности в плане забора материала и постановки исследования, поэтому её точность зависит от условий лаборатории.

Реакция гемагглютинации широко используется для диагностики тифа и паратифа. Особенно важна методика для определения носительства бактерий. Достоверность реакции подтверждается выделением чистой культуры микроорганизмов. Для носителей используются методики исследования мочи, желчи или каловых масс.

Серологические пробы более достоверны, если использовать методику парных сывороток и отслеживать динамическое изменение количества антител. Также, определение вида антител позволяет сказать, какая стадия процесса происходит в организме.

Аллергопроба при тифе основана на воздействии тифина, который обладает аллергеном. Он вызывает реакцию, если в организме есть антитела к нему. Реакция сопровождается небольшим местным отеком, покраснением. Проба используется для реконвалесцентов и необходима в ретроспективном плане.

Диагностика сальмонеллеза происходит с помощью таких процедур:

Бактериологическое исследование каловых масс используется наряду с аналогичным исследованием рвотных масс, мочи, желчи, промывных вод желудка. Посев производится на питательные среды, в которых созданы наиболее благоприятные условия для роста культур. Такие реактивы создаются на основе биохимических свойств возбудителя. Если в исследуемом материале есть культура сальмонелл, в благоприятных условиях она даст рост на среде. Исследователь ждет необходимое количество дней (от 7 до 10) и осматривает реактивы. Сальмонеллы отличаются характерным ростом, который дает основания для постановки диагноза.

Копрограмма при сальмонеллезе — один из наиболее быстрых методов постановки диагноза. Макроскопическое исследование дает основания заподозрить патологические изменения слизистой пищеварительного тракта. Об этом говорят непереваренные частицы клетчатки, воспалительные клетки, выделения слизи и крови вместе с калом, крахмальные зерна. Это говорит о том, что нарушена пищеварительная функция и многие компоненты пищи не расщепляются до своих единиц. Такие изменения вместе с клиническими данными позволяют поставить диагноз и начать лечение. Сбор каловых масс нельзя проводить после приема слабительных препаратов.

Для постановки полимеразно-цепной реакции используется кровь пациента. Современные методы диагностики позволяют обнаружить частицы генетического материала и составить из них фрагмент нуклеиновой кислоты. Полученный образец сопоставляют с таковым у искомого возбудителя и при их совпадении ставят диагноз. Метод обладает высокой чувствительностью, он является точным основанием для постановки диагноза.

Серологические методы диагностики основаны на поиске антител  в крови пациента. Если в организме находятся антитела, они создадут иммунокомплекс вместе с антигеном, который добавляют к биологическому материалу. Если реакция произошла, её повторяют через время, чтобы увидеть динамическую картину заболевания. Это называется методом парных сывороток, определяется нарастание титра антител. Различают виды антител, которые есть в острой стадии, у носителей, у пациентов с реконвалесцентной формой патологии. Среди серологических методов — иммуноферментный анализ, реакции гемагглютинации, иммунофлюоресцентные методики. Они различаются добавлением дополнительных реактивов, прицельным изучением эритроцитов.

Каждый из методов диагностики используется при определенных обстоятельствах — в зависимости от состояния пациента, дня с начала болезни, а также для разных целей диагностики. Это важно и для назначения лекарственной тактики, и для получения эпидемиологических данных.

Острые кишечные инфекции опасны тем, что приводят к интоксикации и быстрому обезвоживанию. Вместе с жидкостью из организма выводятся полезные минералы, соли и другие вещества. За короткий срок может наступить критическое состояние организма, ведь потеря влаги происходит также за счет высокой температуры, частого дыхания, потоотделения и других процессов. Особенно опасно это для тех, кто имеет ослабленный иммунитет, для детей. Поэтому, своевременная и качественная диагностика настолько важна, ведь именно на её основе можно назначить необходимое лечение, которое приведет к положительному результату. 

Виды благ — урок. Обществознание, 8 класс.

Одной из основных целей любой экономики является наиболее полное удовлетворение потребностей индивида в частности и общества в целом. Удовлетворение потребностей обеспечивает процесс производства и потребления товаров и услуг, связанный с расходованием ресурсов, вовлечённых в процесс производства (факторов производства). Человек удовлетворяет свои потребности с помощью благ.

Благо — это средство удовлетворения потребностей человека.

Разнообразие потребностей человека определяет и разнообразие существующих благ.
В первую очередь все блага, используемые в человеческой жизнедеятельности, можно разделить на два вида: экономические блага (производятся в процессе экономической деятельности) и неэкономические, или свободные, блага (люди получают от природы).

Свободные (даровые) блага называются так, потому что их настолько много, что люди не задумываются об их ограниченности, не соперничают и не платят за владение ими. В основном это те блага, которые создаются природой — воздух, ветер, солнечный свет, гравитация. Однако со временем свободные блага могут истощаться и переходить в разряд ограниченных (экономических). Так уже можно приобрести за плату очищенный воздух, воду.

Блага, существующие в ограниченном масштабе (а это большинство благ, используемых в жизни: производимые людьми материальные ценности, товары (еда, одежда, автомобиль) и услуги (стрижка у парикмахера) — есть экономические блага. Их существует ограниченное количество, поэтому чтобы ими завладеть необходимо заплатить за них, конкурируя с другими потребителями.

Экономические блага — это ограниченные средства, пригодные для удовлетворения потребностей человека, в форме товаров или услуг.

Предметы потребления — ограниченные экономические блага, пригодные для удовлетворения личных потребностей.

Пример:

продукты, посуда, обувь.

Средства производства — ресурсы, используемые для производства предметов потребления в форме товаров или услуг.

Пример:

здания, оборудование и механизмы, материалы, транспорт, связь и другие.

Благодаря развитию именно экономических благ улучшается жизнь общества.

  

Ограниченность экономических благ и возрастание потребностей общества вынуждают нас решать проблему разумного использования и рационального распределения ресурсов.

 

Также экономисты выделяют общественные блага. Они создаются государством на средства государственного бюджета, то есть они платны, как экономические. Но размещаются в свободном неограниченном доступе и потребляются коллективно, как свободные блага.

Пример:

скамейка в парке, фонари на улице, фейерверки, памятники.

мировой опыт борьбы с отходами

Чтобы облегчить населению жизнь, французские власти стараются лучше его информировать и объяснять принципы сортировки. Например, в Париже одно время была распространена система «электронных помощников», которые висели над мусоркой и после сканирования упаковки подсказывали, в какую именно урну ее следует опустить.

Для нестандартных вещей существуют специальные пункты, куда их нужно вывозить самостоятельно, — около 4,5 тыс. по стране. А вот за выброс таких отходов в неположенных местах грозит штраф.

Проблема мусора для Франции носит не только экологический, но также и политический характер. Основным вызовом в сфере сохранения экологии в Евросоюзе называют переработку пластмасс. В мае 2018 года Еврокомиссия обнародовала правила, по которым токсичные пластмассы необходимо заменить на альтернативные материалы. Франция в этом пока уступает своим соседям — по данным Евростата, страна перерабатывает около 25% производимых пластмасс, что в два раза меньше, чем в Германии и Нидерландах. Но власти уже запретили одноразовые пластиковые пакеты в местных супермаркетах, чтобы выполнить свое обещание по использованию только переработанных материалов на территории всей Франции к 2025 году.

Переработкой отходов в стране занимаются 300 специализированных предприятий, которые производят 2,3 млн тонн вторичного сырья ежегодно. А общий уровень переработки в стране составляет 42%. При этом с момента принятия первого закона о переработке бытовых отходов в 1975 году количество свалок в стране уменьшилось с 6 тыс. до 230, а число мусоросжигательных заводов — с 300 до 128.

Также во Франции в последние годы набирает популярность социально-ответственная концепция потребления. Она строится на четырех принципах: демократичность, общественная полезность, смешанные ресурсы и их общее использование. Например, в Париже этот подход на практике вылился в создание 15 центров по сбору, ремонту и повторной реализации различной продукции. Центры эти разбиты по категориям — текстиль, картон, спорттовары, игрушки, бытовая техника и некоторые другие. 

Проблемы утилизации отработанного оборудования зелёной энергетики / Хабр

Группа М.Видео-Эльдорадо внимательно относится к теме устойчивого развития (ESG). О том, как утилизируют электронику можно прочесть

в нашем недавнем посте для Хабра

. Тем любопытнее было изучить вопрос дальнейшей утилизации оборудования зелёной энергетики за рубежом.

Сделаем мир чище

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) воспринимаются как эффективное средство от мировых проблем, связанных с изменением климата. Создание массивной инфраструктуры для солнечной и ветровой энергии и внедрение электромобилей позволит человечеству развиваться без необходимости сжигать ископаемое топливо, которое загрязняет окружающую среду. Хоть эти технологии существуют уже несколько десятилетий, нет никакого разработанного плана по использованию и утилизации, чтобы эти технологии сами не портили экологию.

Эксперты прогнозируют, что сотни тысяч тонн старых лопастей ветряных турбин, батарей электромобилей и солнечных модулей необходимо будет утилизировать или переработать в следующем десятилетии, а к 2050 году уже миллионы тонн.

Не надо быть футуристом, чтобы представить ландшафт с рядами вращающихся ветрогенераторов, полями сверкающих солнечных панелей и плавно работающими бесшумными электромобилями. Действительно, это утопическое видение вполне достижимо.

Но если материалы, из которых сделаны эти технологии, не будут возобновляемыми, чистая энергия будущего будет омрачено кладбищами старых лопастей турбин, ветхих солнечных панелей и разъедающих почву батарей. На данный момент предложено множество инициатив по переработке этого нового типа отходов. Но в большинстве случаев такие решения, в лучшем случае, находятся в стадии разработки.

Потенциальное количество отходов зелёной энергетики огромно. По оценке Bloomberg New Energy Finance, к 2025 году отработанные аккумуляторы, извлечённые из электромобилей, будут весить 600 000 тонн. По прогнозам Международного агентства по возобновляемой энергии (International Renewable Energy Agency, IRENA), к тому времени будет накоплено столько же старых солнечных панелей. IRENA ожидает, что к 2050 году количество отработанных солнечных панелей достигнет 78 миллионов тонн. В Европе в ближайшие два десятилетия может накопится до 300 000 тонн в год выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин, сообщает торговая ассоциация WindEurope.

Из-за растущего спроса на ВИЭ производители уже сталкиваются с резкими скачками затрат и ограничениями в поставках такого сырья, как кобальт и литий. Более того, для создания композитных частей турбин, фотогальванического кремния высокой степени чистоты и катодов аккумуляторных батарей с высокой структурой, требуется немало человеческих усилий и изобретательности. Эти искусно изготовленные материалы заслуживают большего, чем билет в один конец в мусорную свалку.

Однако извлечение материалов из выброшенных устройств пока по-прежнему нецелесообразно. Это слишком затратно, а результат себя не оправдывает. Детали устройств изготовлены путём смешивания ценных материалов с менее ценными, чтобы не разрушались даже при экстремальных нагрузках или условиях окружающей среды.

Производители и переработчики отходов работают над способами эффективной утилизация отходов ВИЭ. Но пока что ещё недостаточное количество этих устройств дожило до конца срока службы, чтобы окупить инвестиции в предприятия по переработке. Пока неясно, сформируется ли прибыльная отрасль вовремя, до того как “чистая энергия” успеет увеличит постоянно растущую кучу отходов на планете.

Ветер

Длина одной лопасти современной ветряной турбины достигает 90 метров, и продолжает становиться всё длиннее. Действительно, компании хвастаются размером своих лопастей турбин, потому что больший радиус действия обычно означает большую мощность на одну башню.

В то время как другие компоненты ветрогенератора, включая башню, редуктор и генератор, легко утилизируются, именно лопасти представляют собой проблему. Они изготавливаются из композитного материала из стекловолокна и эпоксидной или другой термореактивной смолы. Сшитые полимеры нельзя плавить и перерабатывать, в отличие от термопластов, таких как полипропилен.

Например, лопасть ветрогенератора LM Wind Power весит 15 тонн. Некоторые производители делают более легкие лопасти, добавляя углеродное волокно. В будущем более “модные” волокна, такие как углеродные нанотрубки и высококачественная синтетика, могут обеспечить легкость и высокую прочность.

В США и Европе ветряные операторы установили первые турбины промышленного размера в конце 1990-х годов. Машины рассчитаны на срок службы 25 лет, но некоторые лопасти преждевременно снимаются, чтобы заменить их более эффективными версиями, или потому, что они износились или были поражены молнией.

Даже лопасти ветряных электростанций раннего поколения весят до 8 тонн каждая. Неудивительно, что выведенная из эксплуатации лопасть турбины — дорогостоящая неприятность. Для операторов ветроэнергетических проектов транспортировка даже одной лопасти — логистический кошмар.

Компания Global Fiberglass Solutions построила центр переработки отходов в Суитуотере (Техас), который называет себя мировой столицей ветроэнергетики: там обученные рабочие разрезают лопасти ветряной электростанции и складывают детали в грузовик для транспортировки на централизованный объект. Далее куски разбиваются на всё более мелкие кусочки с помощью различных машин.

Затем полученный материал можно комбинировать с клеями и прессовать в высокоэффективные композитные панели, подобные

ДСП

или

ОСП

. Стекловолокно придает панелям огнестойкость и влагостойкость, что делает их идеальными для коммерческих и промышленных зданий.

Другие компании также пытались превратить старые лопасти в стекловолокно или углеродное волокно. В 2002 году датский инженер по ветроэнергетике Эрик Гроув-Нильсен основал фирму по переработке отходов под названием ReFiber. Он разработал технологию пиролиза для превращения стекловолокна из полиэстера или эпоксидной смолы ветряных турбин в волокнистый материал, пригодный для использования в качестве изоляции зданий. Анаэробный процесс сопровождался нагревом частей турбины до 500 ° C в 6-метровой вращающейся газовой печи.

ReFiber планировал привлечь капитал и построить предприятие мощностью 5 000 тонн в год. Но без постоянных поставок старых лопастей компания прекратила свою деятельность в 2007 году. Гроув-Нильсен сейчас работает консультантом в компании Siemens Gamesa Renewable Energy, производящей ветряные электростанции.

Но процессы, в которых используется пиролиз или другие высокотемпературные методы, обычно дают относительно слабые волокна, которые нельзя повторно использовать в дорогостоящих композитах. В конце концов, может получится просто очень дорогой мусор.

Французская химическая компания Arkema заявляет, что может делать термопластические смолы, которые позволят сделать лопасти пригодными для вторичной переработки. Чтобы доказать это в 2017 году компания изготовила лопасть, используя композит из стекловолокна и метакрилатной смолы. В отличие от эпоксидной смолы, эту можно расплавлять и перерабатывать.

Европейские ветряные турбины могут найти вторую жизнь в странах, которые только начинают переходить на ветроэнергетику, что отсрочит решение проблемы с окончанием срока службы. «Хорошим примером является самая первая датская турбина Bonus — теперь Siemens — турбина, снятая после 33 лет успешной эксплуатации», — говорит Гроув-Нильсен. «Эта турбина сейчас работает на юге Италии недалеко от Бари».

В других случаях к утилизации старых лопастей турбин можно использовать творческий подход. Независимый инженер ветряных турбин Бехзад Рахнама написал дипломную работу о переделке морских ветряных турбин в искусственные рифы. По словам Рахнамы, хотя идея не была проверена, она вызвала большой интерес. Он указывает, что все материалы, используемые в лопастях, являются нетоксичными для морских обитателей.

Аккумуляторы

«Каждый год во всем мире образуется около 300 000 тонн отходов литий-ионных аккумуляторов»

, — говорится в отчете компании

Esticast Research & Consulting

. Большинство этих батарей поступает от мобильных устройств, но вскоре эти отходы будут вытеснены старыми аккумуляторами от электромобилей.

По словам представителя исследования и разработки аккумуляторов Национальной лаборатории возобновляемой энергии США (National Renewable Energy Laboratory, NREL), автомобильные аккумуляторы считаются устаревшими, когда их можно зарядить только на 80% своей емкости. По оценке NREL, срок их полезного использования составляет около 15 лет. После этого их можно повторно использовать в стационарных хранилищах или переработать.

Тесты NREL показывают, что использованные автомобильные аккумуляторы хороши для хранения энергии от электросети. Но существует множество разных производителей аккумуляторов, которые отличаются химическим составом, системой управления, а также размером и формой. Пока что нет ни одной единой системы, которая могла бы объединить различные использованные батареи для совместной работы.

Может быть лучше использовать аккумулятор одного типа? Например, Nissan оценивает возможность использования старых аккумуляторов электромобилей Leaf в стационарных системах хранения. Пилотное исследование показало, что это довольно практичный подход.

Имея самый большой в мире парк электромобилей на дорогах, Китай является крупнейшей в мире бомбой замедленного действия, когда речь идет о литий-ионных батареях с истекшим сроком службы. Сейчас это пока ещё не является насущной проблемой, потому что автомобили были введены в эксплуатацию всего лишь за последние 6-7 лет.

Но официальные лица в Пекине видят в растущей куче отработанных аккумуляторов проблему, которую необходимо решать прямо сейчас. В феврале 2018 года китайское правительство издало постановления, требующие от производителей электромобилей построить инфраструктуру для восстановления использованных батарей.

В Европе постановление 2008 года, известное как Директива о батареях, требует от правительств поощрять утилизацию батарей.

Литий-ионные аккумуляторные батареи для электромобилей состоят из десятков и тысяч отдельных цилиндрических или прямоугольных аккумуляторных ячеек в большом пластиковом корпусе, в котором также находятся различные датчики и схемы. Наиболее ценные вещества внутри ячеек — это активные материалы, из которых состоят катод и анод. Большая часть массы ячейки состоит из конструктивных элементов, сделанных из стали, углерода и алюминия.

Активные материалы, представляющие наибольший интерес для переработчиков аккумуляторов, — это переходные металлы, кобальт и никель — содержащиеся в катоде. Различные литий-ионные батареи содержат различные соотношения этих металлов, а также лития и, в некоторых случаях, марганца или железа. Высокие цены на кобальт являются движущей силой для переработчиков, хотя сегодня утилизируется только 16 % кобальта в батареях. Литий и анодные материалы, например, графит, не могут быть утилизированы с экономической точки зрения.

Компания Umicore, базирующаяся в Бельгии, является одновременно крупным производителем материалов для аккумуляторов и крупнейшим в Европе переработчиком литий-ионных аккумуляторов. Компания использует высокотемпературную технологию на своем предприятии недалеко от Антверпена. Там она может перерабатывать до 7 000 тонн всех типов литий-ионных батарей в год, что эквивалентно тому, что находится внутри 35 000 электромобилей. Umicore имеет соглашения с рядом автопроизводителей, включая Nissan, Toyota и Tesla, об утилизации старых литий-ионных аккумуляторов их электромобилей.

В США литий-ионные батареи не считаются опасными отходами и могут быть выброшены вместе с обычными бытовыми отходами. Но некоторые фирмы разработали ноу-хау по утилизации материалов из отходов аккумуляторных батарей.

Одна из них — Retriev Technologies, которая управляет крупными предприятиями в штате Огайо и Британской Колумбии. Компания заявляет, что перерабатывает литиевые батареи всех типов более 20 лет.

Процесс переработки в этой компании состоит так: сначала вручную разбираются большие аккумуляторные батареи от транспортных средств; затем разделённые ячейки подают в дробилку, которая предотвращает выбросы и химические реакции. Дробление ячеек приводит к двум образованиям: металлическим твердым частицам с различным количеством меди, алюминия и кобальта; и жидкости, обогащенную металлами, которые впоследствии очищаются и извлекаются на месте путем сушки.

Но такие металлы, как кобальт, должны быть очень чистыми, чтобы их можно было снова использовать в батареях. Извлечение металлов высокой чистоты из потоков смешанных металлов очень трудоемко и дорого. При использовании таких методов высокотемпературной переработки, получаются металлы, которые не могут конкурировать по стоимости с недавно добытыми ископаемыми металлами.

Кроме того, изготовление новых катодов из переработанных материалов — дорогостоящий процесс. Поэтому должна быть возможность извлекать отработанный катодный материал из литий-ионных батарей и обновлять его для повторного использования, не возвращаясь к исходным компонентам.

Эти и другие проблемы необходимо решить, чтобы построить стабильную систему по утилизации батареи. А ещё переработчики требуют оплату издержек на утилизации аккумуляторов со стороны производителя отходов. Также, производители электромобилей и производители аккумуляторов должны создать региональные сети для приема и утилизации отработанных аккумуляторов.

Солнечные панели

Вопрос, что делать со старыми солнечными батареями, будет в первую очередь решён в Европе. Мало того, что в Европе имеется 70% мировой установленной фотоэлектрической мощности, Европейский Союз также является единственным регионом в мире, где действует нормативная база, известная как

Директива WEEE

, которая запрещает вывозить на свалку электронные продукты, в том числе и фотоэлектрические панели.

По оценкам ЕС, в настоящее время в регионе производится 30 000 тонн отработанных фотоэлектрических панелей в год, и в следующие два десятилетия этот показатель вырастет до 500 000 тонн в год. PV Cycle, европейская ассоциация индустрии вторичной переработки фотоэлектрических элементов, заявляет, что с 2010 года её члены собрали 20 000 тонн отработанных фотоэлектрических панелей.

Большинство солнечных панелей содержат слой кристаллического кремниевого полупроводника, зажатый между стеклянными листами и прочными полимерными пленками, и все это в раме из алюминия. Поверхность полупроводника залита слоем серебра, используемого в качестве проводящего материала, а также припоем из свинца и олова.

Согласно исследованию Европейской комиссии, проблемы, связанные с неправильной утилизацией отработанных фотоэлектрических панелей, могут включать выщелачивание тяжелых металлов, таких как свинец.

Стремясь избежать таких экологических проблем и максимизировать извлечение материалов, ЕС профинансировал исследования, в том числе проект «Полное восстановление фотоэлектрических систем с окончанием срока службы» (Full Recovery End of Life Photovoltaic, FRELP).

Процесс FRELP восстанавливает кремний и другие металлы путем нагрева панелей в печи. Затем идет стадия растворения кислоты и фильтрация, при котором извлекают кремний. Другие металлы восстанавливаются путем электролиза. Возможно восстановить 93 % материалов из использованных фотоэлектрических панелей. Большая часть оставшегося материала — это пластик, который сжигается в печи для получения дополнительной энергии.

Хотя FRELP является новым европейским стандартом в переработке фотоэлектрических панелей, он не без проблем: на каждые 1000 кг отходов фотоэлектрических панелей теряются 20 кг металлов в виде гидроксидов, включая олово, алюминий, свинец и цинк, которые впоследствии захороняются. Еще 2 кг теряется в виде выбросов закиси азота во время электролиза, а 5 кг превращается в золу на стадии нагрева в печи.

Качество восстановленного кремния недостаточно для повторного использования как фотоэлектрического материала, но он подходит для использования в специальных алюминиевых и стальных сплавах.

А в Америке Учёные из Университета штата Аризона разрабатывают новый процесс, называемый последовательным электровыделением (sequential electrowinning), с помощью которого можно извлекать более чистые металлы из солнечных элементов. Металлы будут стоить 13 долларов за модуль, что достаточно, чтобы заплатить за переработку, по сравнению с 3 долларами в процессе цикла FRELP.

Соединенные между собой солнечные элементы погружаются в нагретый раствор азотной кислоты для растворения серебра, олова, меди и свинца. Выщелоченный раствор охлаждают, в результате чего диоксид олова выпадает в осадок. При приложении разных напряжений другие металлы выходят из раствора и осаждаются на электродах.

Во вторичном процессе пропитывается оставшийся кремний сначала в плавиковой кислоте, а затем в гидроксиде натрия. При этом стравливаются остатки некремниевых материалов, и остается большая часть кремния высокого “солнечного” качества.

Промышленность солнечной энергетики готова к модернизации. Но пройдут десятилетия, прежде чем модули, развёрнутые в существующих крупнейших коммунальных предприятиях, доработают до конца своего срока. Но определить эти сроки сложно: 20, 25 или даже 35 лет?

На данный момент солнечные отходы в основном образуются, когда модули ломаются раньше срока или не соответствуют своим гарантиям, и в этом случае производитель вынужден принимать меры для утилизации или переработки. По истечении срока гарантии ответственность за панели ложится на их владельца. Производители технологий ВИЭ часто не считают себя ответственными за переработку своей продукции.

Отраслевые эксперты и наблюдатели соглашаются, что по мере того, как старые солнечные панели, лопасти ветряных турбин и аккумуляторы электромобилей скапливаются из-за отсутствия оптимальных путей утилизации, то скоро отходы встанут на повестке.

Источники выбросов парниковых газов

На этой странице:

Обзор

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2. Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме. Все оценки выбросов из реестра U.S. Выбросы и стоки парниковых газов: 1990–2019 годы.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Парниковые газы задерживают тепло и делают планету теплее. Деятельность человека является причиной почти всего увеличения выбросов парниковых газов в атмосферу за последние 150 лет. ¹ Крупнейшим источником выбросов парниковых газов в результате деятельности человека в Соединенных Штатах является сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии, тепла и транспорта.

EPA отслеживает общие выбросы в США, публикуя Inventory of U.S. Выбросы и стоки парниковых газов . В этом годовом отчете оцениваются общие национальные выбросы и удаление парниковых газов, связанные с деятельностью человека в Соединенных Штатах.

Основными источниками выбросов парниковых газов в США являются:

• Транспорт (29 % выбросов парниковых газов в 2019 году). На транспортный сектор приходится наибольшая доля выбросов парниковых газов. Выбросы парниковых газов от транспорта в основном происходят от сжигания ископаемого топлива для наших автомобилей, грузовиков, кораблей, поездов и самолетов.Более 90 процентов топлива, используемого для транспорта, производится на основе нефти, в основном это бензин и дизельное топливо. 2
• Производство электроэнергии (25 % выбросов парниковых газов в 2019 году) — Производство электроэнергии является второй по величине долей выбросов парниковых газов. Приблизительно 62 процента нашей электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, в основном угля и природного газа3
.
• Промышленность (23 % выбросов парниковых газов в 2019 году). Выбросы парниковых газов в промышленности в основном связаны с сжиганием ископаемого топлива для получения энергии, а также с выбросами парниковых газов в результате определенных химических реакций, необходимых для производства товаров из сырья.
• Коммерческие и жилые помещения (13 % выбросов парниковых газов в 2019 году). Выбросы парниковых газов предприятиями и домами возникают в основном в результате сжигания ископаемого топлива для получения тепла, использования определенных продуктов, содержащих парниковые газы, и обращения с отходами.
• Сельское хозяйство (10 % выбросов парниковых газов в 2019 году). Выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве связаны с животноводством, таким как коровы, сельскохозяйственные почвы и производство риса.
• Землепользование и лесное хозяйство (12 % выбросов парниковых газов в 2019 году). Земельные площади могут выступать в качестве поглотителя (поглощая CO ₂ из атмосферы) или источника выбросов парниковых газов.В США с 1990 года управляемые леса и другие земли являются чистыми поглотителями, т. е. они поглощают из атмосферы больше CO ₂ , чем выделяют.

Выбросы и тенденции

С 1990 года валовые выбросы парниковых газов в США увеличились на 2 %. Из года в год выбросы могут увеличиваться и уменьшаться из-за изменений в экономике, цен на топливо и других факторов. В 2019 году выбросы парниковых газов в США снизились по сравнению с уровнем 2018 года. Снижение было в основном связано с выбросами CO ₂ в результате сжигания ископаемого топлива, что было результатом множества факторов, включая снижение общего энергопотребления и продолжающийся переход от угля к менее углеродоемкому природному газу и возобновляемым источникам энергии.

Примечание. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Увеличенное изображение для сохранения или печати

Ссылки

1. МГЭИК (2007 г.). Резюме для политиков. В: Изменение климата 2007: Основы физических наук . Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Соломон, С., Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М.Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тигнор и Х. Л. Миллер (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
2. МГЭИК (2007 г.). Изменение климата 2007: смягчение последствий. (PDF) (863 стр., 24 МБ) Вклад Рабочей группы III в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [B. Мец, О.Р. Дэвидсон, П. Р. Бош, Р. Дэйв, Л. А. Мейер (редакторы)], издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
3. У.S. Управление энергетической информации (2019 г.). Объяснение электричества — основы

Выбросы в секторе электроэнергетики

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2. Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме.Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Сектор электроэнергетики включает производство, передачу и распределение электроэнергии. Углекислый газ (CO ₂ ) составляет подавляющее большинство выбросов парниковых газов в этом секторе, но также выбрасываются меньшие количества метана (CH ₄ ) и закиси азота (N ₂ O). Эти газы выделяются при сжигании ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ, для производства электроэнергии.Менее 1 процента выбросов парниковых газов в этом секторе приходится на гексафторид серы (SF ₆ ), изолирующий химикат, используемый в оборудовании для передачи и распределения электроэнергии.

Выбросы парниковых газов в электроэнергетическом секторе по источникам топлива

Сжигание угля более углеродоемко, чем сжигание природного газа или нефти для производства электроэнергии. Хотя на использование угля приходилось около 61% выбросов CO ₂ в этом секторе, в 2019 году на него приходилось лишь 24 % электроэнергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах.В 2019 году на использование природного газа приходилось 37 процентов производства электроэнергии, а на использование нефти — менее одного процента. Оставшаяся генерация в 2019 году была получена за счет неископаемых источников топлива, включая ядерную (20 %) и возобновляемые источники энергии (18 %), в том числе гидроэлектроэнергию, биомассу, ветер и солнечную энергию. 1 Большинство этих неископаемых источников, таких как ядерная, гидроэлектрическая, ветровая и солнечная энергия не излучают.

Выбросы и тенденции

В 2019 году сектор электроэнергетики был вторым по величине источником U.Выбросы парниковых газов S. составляют 25 процентов от общего объема выбросов в США. Выбросы парниковых газов от электричества снизились примерно на 12 процентов с 1990 года из-за перехода производства на источники с низким уровнем выбросов и без выбросов и повышения энергоэффективности конечного использования.

Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Увеличьте изображение для сохранения или печати

Выбросы парниковых газов при конечном использовании электроэнергии

Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Электричество используется в других секторах — в домах, на предприятиях и на фабриках. Следовательно, можно отнести выбросы парниковых газов от производства электроэнергии к секторам, использующим электроэнергию. Рассмотрение выбросов парниковых газов по секторам конечного потребления может помочь нам понять спрос на энергию в разных секторах и изменения в энергопотреблении с течением времени.

Когда выбросы от производства электроэнергии относятся к промышленному сектору конечного потребления, на промышленную деятельность приходится гораздо большая доля выбросов парниковых газов в США. Выбросы парниковых газов от коммерческих и жилых зданий также значительно возрастают, если включить выбросы от конечного потребления электроэнергии, из-за относительно большой доли потребления электроэнергии (например, отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, освещение и бытовая техника) в этих секторах. Транспортный сектор в настоящее время имеет относительно низкий процент использования электроэнергии , но он растет за счет использования электромобилей и транспортных средств с подключаемым модулем.

Сокращение выбросов от электричества

Существует множество возможностей для сокращения выбросов парниковых газов, связанных с производством, передачей и распределением электроэнергии. В таблице ниже классифицированы эти возможности и приведены примеры. Более полный список см. в главе 7 (PDF) (88 стр., 3,6 МБ) документа «Вклад рабочей группы III в пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата» . ²

Пример Возможности сокращения для сектора электроэнергетики

Тип	Как сокращаются выбросы	Примеры
Повышение эффективности электростанций, работающих на ископаемом топливе, и замена топлива	Повышение эффективности существующих электростанций, работающих на ископаемом топливе, за счет использования передовых технологий; замена менее углеродоемких видов топлива; перенос генерации с электростанций с более высоким уровнем выбросов на электростанции с низким уровнем выбросов.	Перевод угольного котла на использование природного газа или совместное сжигание природного газа. Преобразование одноцикловой газовой турбины в парогазовую. Перевод электрогенераторов на энергоблоки или электростанции с низким уровнем выбросов.
Возобновляемая энергия	Использование возобновляемых источников энергии вместо ископаемого топлива для производства электроэнергии.	Увеличение доли электроэнергии, вырабатываемой ветровыми, солнечными, гидро- и геотермальными источниками, а также некоторыми источниками биотоплива за счет добавления новых мощностей по производству возобновляемой энергии.
Повышенная энергоэффективность конечного использования	Сокращение потребления электроэнергии и пикового спроса за счет повышения энергоэффективности и энергосбережения в домах, на предприятиях и в промышленности.	Партнеры EPA ENERGY STAR® только в 2018 году предотвратили выброс более 330 миллионов метрических тонн парниковых газов, помогли американцам сэкономить более 35 миллиардов долларов на затратах на энергию и сократить потребление электроэнергии на 430 миллиардов кВтч.
Атомная энергия	Производство электроэнергии за счет ядерной энергии, а не за счет сжигания ископаемого топлива.	Продление срока службы существующих атомных станций и строительство новых ядерных генерирующих мощностей.
Улавливание и секвестрация углерода (CCS)	Улавливание CO 2 в качестве побочного продукта сжигания ископаемого топлива перед его попаданием в атмосферу, транспортировка CO 2 , закачка CO 2 глубоко под землю в тщательно выбранную и подходящую подземную геологическую формацию, где он надежно хранится.	Улавливание CO 2 из дымовых труб электростанции, работающей на угле, а затем транспортировка CO 2 по трубопроводу, закачка CO 2 глубоко под землю на тщательно выбранном и подходящем близлежащем заброшенном нефтяном месторождении, где он надежно хранится .Узнайте больше о CCS.

Каталожные номера

1. Управление энергетической информации США (2019 г. ). Объяснение электричества — основы.
2. МГЭИК (2014 г.). Изменение климата, 2014 г.: смягчение последствий изменения климата (PDF) (1454 стр., 50 МБ). Вклад Рабочей группы III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Эденхофер О., Р. Пичс-Мадруга, Ю. Сокона, Э. Фарахани, С. Каднер, К. Сейбот, А. Адлер, И. , Баум, С.Бруннер, П. Эйкемайер, Б. Криманн, Дж. Саволайнен, С. Шлемер, К. фон Штехов, Т. Цвикель и Дж. К. Минкс (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Выбросы в транспортном секторе

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2. Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Транспортный сектор включает в себя перемещение людей и товаров автомобилями, грузовиками, поездами, кораблями, самолетами и другими транспортными средствами. Большинство выбросов парниковых газов от транспорта представляют собой выбросы двуокиси углерода (CO ₂ ), возникающие в результате сжигания продуктов на основе нефти, таких как бензин, в двигателях внутреннего сгорания.Крупнейшими источниками выбросов парниковых газов, связанных с транспортом, являются легковые автомобили, грузовики средней и большой грузоподъемности, а также легкие грузовики, в том числе внедорожники, пикапы и минивэны. На эти источники приходится более половины выбросов в транспортном секторе. Остальные выбросы парниковых газов в транспортном секторе происходят от других видов транспорта, включая коммерческие самолеты, корабли, лодки и поезда, а также трубопроводы и смазочные материалы.

Относительно небольшие количества метана (CH ₄ ) и закиси азота (N ₂ O) выбрасываются при сгорании топлива. Кроме того, небольшое количество выбросов гидрофторуглеродов (ГФУ) относится к транспортному сектору. Эти выбросы возникают в результате использования мобильных кондиционеров и рефрижераторного транспорта.

Выбросы и тенденции

В 2019 году выбросы парниковых газов от транспорта составили около 29 процентов от общего объема выбросов парниковых газов в США, что делает его крупнейшим источником выбросов парниковых газов в США.S. Выбросы парниковых газов. С точки зрения общей тенденции, с 1990 по 2019 год общие выбросы от транспорта увеличились в значительной степени из-за увеличения спроса на поездки. Количество пройденных миль (VMT) легковых автомобилей (легковых автомобилей и легких грузовиков) увеличилось на 48 процентов с 1990 по 2019 год в результате сочетания факторов, включая рост населения, экономический рост, разрастание городов. и периоды низких цен на топливо. В период с 1990 по 2004 год средняя экономия топлива среди новых автомобилей, продаваемых ежегодно, снижалась по мере роста продаж легких грузовиков.Начиная с 2005 года, средняя экономия топлива новых автомобилей начала расти, в то время как VMT малой грузоподъемности росла лишь незначительно в течение большей части периода. Средняя экономия топлива новых транспортных средств улучшалась почти каждый год с 2005 года, замедляя темпы увеличения выбросов CO ₂ , а доля грузовиков составляет около 56 процентов новых автомобилей в 2019 модельном году.

Узнайте больше о выбросах парниковых газов от транспорта.

Выбросы, связанные с потреблением электроэнергии для транспортных операций, включены выше, но не показаны отдельно (как это было сделано для других секторов).Эти косвенные выбросы незначительны и составляют менее 1 процента от общего объема выбросов, показанных на графике. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Увеличенное изображение для сохранения или печати

Сокращение выбросов от транспорта

Существует множество возможностей для сокращения выбросов парниковых газов, связанных с транспортом. В приведенной ниже таблице классифицируются эти возможности и приводятся примеры.Более полный список см. в главе 8 документа «Вклад рабочей группы III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата» . ¹

Примеры возможностей сокращения в транспортном секторе

Тип	Как сокращаются выбросы	Примеры
Переключение топлива	Использование топлива с меньшим выбросом CO 2 , чем топливо, используемое в настоящее время.Альтернативные источники могут включать биотопливо; водород; электричество из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце; или ископаемое топливо с меньшим содержанием CO 2 , чем топливо, которое они заменяют. Узнайте больше об экологичных транспортных средствах и альтернативных и возобновляемых видах топлива.	Использование общественных автобусов, работающих на сжатом природном газе, а не на бензине или дизельном топливе. Использование электрических или гибридных автомобилей при условии, что энергия вырабатывается из низкоуглеродистых или неископаемых видов топлива. Использование возобновляемых видов топлива, таких как биотопливо с низким содержанием углерода.
Повышение эффективности использования топлива за счет передовых конструкций, материалов и технологий	Использование передовых технологий, дизайна и материалов для разработки более экономичных автомобилей. Узнайте о правилах EPA по выбросам парниковых газов для транспортных средств.	Разработка передовых автомобильных технологий, таких как гибридные автомобили и электромобили, которые могут накапливать энергию от торможения и позже использовать ее для питания. Уменьшение веса материалов, используемых для создания транспортных средств. Уменьшение аэродинамического сопротивления транспортных средств за счет улучшения формы.
Улучшение методов работы	Принятие методов, сводящих к минимуму использование топлива. Улучшение практики вождения и обслуживания транспортных средств. Узнайте о том, как отрасль грузовых перевозок может сократить выбросы с помощью программы SmartWay Агентства по охране окружающей среды.	Сокращение среднего времени руления самолетов. Разумное вождение (избегание резкого ускорения и торможения, соблюдение скоростного режима). Уменьшение оборотов двигателя на холостом ходу. Улучшено планирование рейса для кораблей, например, за счет улучшения прогноза погоды для повышения эффективности использования топлива.
Снижение спроса на поездки	Использование городского планирования для сокращения количества миль, которые люди проезжают каждый день. Снижение потребности в вождении за счет мер по повышению эффективности поездок, таких как пригородные, велосипедные и пешеходные программы.Узнайте о программе разумного роста Агентства по охране окружающей среды.	Строительство общественного транспорта, тротуаров и велосипедных дорожек для расширения выбора транспорта с низким уровнем выбросов. Зонирование для зон смешанного использования, чтобы жилые дома, школы, магазины и предприятия располагались близко друг к другу, что снижает потребность в вождении.

Каталожные номера

1. МГЭИК (2014 г.). Изменение климата, 2014 г.: смягчение последствий изменения климата (PDF) (1454 стр., 50 МБ).Вклад Рабочей группы III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Эденхофер О., Р. Пичс-Мадруга, Ю. Сокона, Э. Фарахани, С. Каднер, К. Сейбот, А. Адлер, И. , Баум, С. Бруннер, П. Эйкемайер, Б. Криманн, Дж. Саволайнен, С. Шлемер, К. фон Штехов, Т. Цвикель и Дж. К. Минкс (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Выбросы в секторе промышленности

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2.Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Промышленный сектор производит товары и сырье, которые мы используем каждый день.Парниковые газы, выбрасываемые в процессе промышленного производства, делятся на две категории: прямые выбросы , которые производятся на объекте, и косвенные выбросы , которые происходят за пределами объекта, но связаны с использованием электроэнергии на объекте.

Прямые выбросы образуются при сжигании топлива для получения энергии или тепла, в результате химических реакций и утечек из промышленных процессов или оборудования. Большинство прямых выбросов связано с потреблением ископаемого топлива для получения энергии.Меньшее количество прямых выбросов, примерно одна треть, приходится на утечки природного газа и нефтяных систем, использование топлива в производстве (например, нефтепродукты, используемые для производства пластмасс) и химические реакции при производстве химикатов, железа и стали. , и цемент.

Косвенные выбросы производятся путем сжигания ископаемого топлива на электростанции для производства электроэнергии, которая затем используется промышленным предприятием для питания промышленных зданий и оборудования.

Дополнительную информацию о выбросах на уровне предприятия от крупных промышленных источников можно получить с помощью инструмента публикации данных Программы отчетности по парниковым газам Агентства по охране окружающей среды. Информацию о выбросах от промышленности в целом на национальном уровне можно найти в разделах, посвященных сжиганию ископаемого топлива, и в главе «Промышленные процессы» Перечня выбросов и поглотителей парниковых газов США .

Выбросы и тенденции

В 2019 году на прямые промышленные выбросы парниковых газов приходилось 23 % от общего объема выбросов парниковых газов в США, что делает их третьим по величине источником выбросов парниковых газов в США после секторов транспорта и электроэнергетики.Включая как прямые выбросы, так и косвенные выбросы, связанные с использованием электроэнергии, доля промышленности в общих выбросах парниковых газов в США в 2019 году составила 30 процентов, что делает ее крупнейшим источником парниковых газов среди всех секторов. Общие выбросы парниковых газов в США от промышленности, включая электроэнергию, снизились на 16 процентов с 1990 года.

Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Увеличенное изображение для сохранения или печати

Сокращение выбросов в промышленности

Существует множество видов промышленной деятельности, вызывающих выбросы парниковых газов, и множество возможностей для их сокращения.В приведенной ниже таблице приведены некоторые примеры возможностей промышленности по сокращению выбросов. Более полный список см. в главе 10 документа «Вклад рабочей группы III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата» . ¹

Примеры возможностей сокращения для промышленного сектора

Тип	Как сокращаются выбросы	Примеры
Энергоэффективность	Переход на более эффективные промышленные технологии.Программа ENERGY STAR® Агентства по охране окружающей среды помогает предприятиям стать более энергоэффективными.	Определение способов, с помощью которых производители могут использовать меньше энергии для освещения и обогрева заводов или для работы оборудования.
Переключение топлива	Переход на виды топлива, которые приводят к меньшему количеству выбросов CO 2 , но с тем же количеством энергии при сгорании.	Использование природного газа вместо угля для работы машин.
Переработка	Производство промышленных товаров из переработанных или возобновляемых материалов вместо производства новых продуктов из сырья.	Использование стального и алюминиевого лома вместо выплавки нового алюминия или ковки новой стали.
Обучение и осведомленность	Информирование компаний и работников о шагах по сокращению или предотвращению утечек выбросов из оборудования. EPA имеет множество добровольных программ, которые предоставляют ресурсы для обучения и других шагов по сокращению выбросов. EPA поддерживает программы для алюминиевой, полупроводниковой и магниевой промышленности.	Внедрение политики и процедур обращения с перфторуглеродами (ПФУ), гидрофторуглеродами (ГФУ) и гексафторидом серы (SF 6 ), которые уменьшают количество случайных выбросов и утечек из контейнеров и оборудования.

Каталожные номера

1. МГЭИК (2014 г.). Изменение климата, 2014 г.: смягчение последствий изменения климата (PDF) (1454 стр., 50 МБ). Вклад Рабочей группы III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Эденхофер О., Р. Пичс-Мадруга, Ю. Сокона, Э. Фарахани, С. Каднер, К. Сейбот, А. Адлер, И. , Баум, С. Бруннер, П. Эйкемайер, Б. Криманн, Дж. Саволайнен, С. Шлемер, К. фон Штехов, Т. Цвикель и Дж. К. Минкс (ред.)].Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Выбросы в коммерческом и жилом секторах

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2. Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Жилой и коммерческий секторы включают все дома и коммерческие предприятия (за исключением сельскохозяйственной и промышленной деятельности). Выбросы парниковых газов в этом секторе связаны с прямыми выбросами , включая сжигание ископаемого топлива для отопления и приготовления пищи, обращение с отходами и сточными водами и утечками хладагентов в домах и на предприятиях, а также косвенными выбросами , которые происходят за пределами объекта, но связаны с использование электроэнергии, потребляемой домами и предприятиями.

Прямые выбросы производятся различными путями от жилой и коммерческой деятельности:

• При сжигании природного газа и нефтепродуктов для отопления и приготовления пищи выделяется двуокись углерода (CO ₂ ), метан (CH ₄ ) и закись азота (N ₂ O). Выбросы от потребления природного газа составляют 80 процентов прямых выбросов CO ₂ от ископаемого топлива в жилом и коммерческом секторах в 2019 году. Потребление угля является второстепенным компонентом энергопотребления в обоих этих секторах.
• Органические отходы, отправляемые на свалки, выделяют CH ₄ .
• Очистные сооружения выбрасывают CH ₄ и N ₂ O.
• Анаэробное сбраживание на биогазовых установках выбрасывает CH ₄ .
• Фторсодержащие газы (главным образом гидрофторуглероды или ГФУ), используемые в системах кондиционирования воздуха и охлаждения, могут выделяться во время обслуживания или из-за негерметичного оборудования.

Косвенные выбросы производятся путем сжигания ископаемого топлива на электростанции для производства электроэнергии, которая затем используется в жилых и коммерческих целях, таких как освещение и электроприборы.

Более подробную информацию о выбросах в жилом и коммерческом секторах на национальном уровне можно найти в главах «Энергетика и тенденции» кадастра США.

Выбросы и тенденции

В 2019 году прямые выбросы парниковых газов из домов и предприятий составили 13 % от общего объема выбросов парниковых газов в США. Выбросы парниковых газов из домов и предприятий меняются из года в год, что часто связано с сезонными колебаниями энергопотребления, вызванными, в первую очередь, погодными условиями.Общие выбросы парниковых газов в жилых и коммерческих помещениях, включая прямые и косвенные выбросы, в 2019 году увеличились на 3 % по сравнению с 1990 годом. потребление электроэнергии домами и предприятиями увеличилось с 1990 по 2007 год, но с тех пор снизилось примерно до уровня 1990 года в 2019 году.

Все оценки выбросов из реестра U.S. Выбросы и стоки парниковых газов: 1990–2019 годы.

Увеличенное изображение для сохранения или печати

Сокращение выбросов от жилых домов и предприятий

В приведенной ниже таблице приведены некоторые примеры возможностей сокращения выбросов от домов и предприятий. Более полный список вариантов и подробную оценку того, как каждый вариант влияет на различные газы, см. в главах 9 и 12 документа «Вклад рабочей группы III в пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата» .

Примеры возможностей сокращения в жилом и коммерческом секторе

Тип	Как сокращаются выбросы	Примеры
Дома и коммерческие здания	Сокращение энергопотребления за счет энергоэффективности.	Дома и коммерческие здания используют большое количество энергии для обогрева, охлаждения, освещения и других функций. Методы и модернизация «зеленого строительства» могут позволить новым и существующим зданиям потреблять меньше энергии для выполнения тех же функций, что приводит к меньшему количеству выбросов парниковых газов.Методы повышения энергоэффективности зданий включают лучшую изоляцию; более энергоэффективные системы отопления, охлаждения, вентиляции и охлаждения; эффективное люминесцентное освещение; пассивное отопление и освещение для использования солнечного света; и закупка энергосберегающих приборов и электроники. Узнайте больше об ENERGY STAR®.
Очистка сточных вод	Повышение энергоэффективности систем водоснабжения и водоотведения.	На системы питьевого водоснабжения и водоотведения приходится примерно 2 процента энергопотребления в Соединенных Штатах.Внедряя методы повышения энергоэффективности на своих станциях водоснабжения и водоотведения, муниципалитеты и коммунальные предприятия могут сэкономить от 15 до 30 процентов энергопотребления. Узнайте больше об энергоэффективности предприятий водоснабжения и водоотведения.
Управление отходами	Сокращение количества твердых отходов, отправляемых на свалки. Улавливание и использование метана, образующегося на действующих свалках.	Свалочный газ является естественным побочным продуктом разложения твердых отходов на свалках. В основном он состоит из CO 2 и CH 4 .Существуют хорошо зарекомендовавшие себя недорогие методы сокращения выбросов парниковых газов из потребительских отходов, включая программы утилизации, программы сокращения отходов и программы улавливания метана на полигонах.
Кондиционирование воздуха и охлаждение	Уменьшение утечек из кондиционеров и холодильного оборудования. Использование хладагентов с более низким потенциалом глобального потепления.	Обычно используемые хладагенты в домах и на предприятиях включают озоноразрушающие гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), часто ГХФУ-22, и смеси, состоящие полностью или преимущественно из гидрофторуглеродов (ГФУ), оба из которых являются сильнодействующими парниковыми газами.В последние годы было достигнуто несколько достижений в области технологий кондиционирования и охлаждения, которые могут помочь предприятиям розничной торговли продуктами питания сократить как количество заправляемых хладагентов, так и выбросы хладагентов. Узнайте больше о программе GreenChill Агентства по охране окружающей среды, направленной на сокращение выбросов парниковых газов из супермаркетов.

Выбросы в сельскохозяйственном секторе

Общие выбросы в 2019 году = 6 558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2. Проценты могут не составлять в сумме 100% из-за независимого округления.

* Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство в Соединенных Штатах являются чистым поглотителем и удаляют примерно 12 процентов этих выбросов парниковых газов, этот чистый поглотитель не показан на приведенной выше диаграмме. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Сельскохозяйственная деятельность — растениеводство и животноводство для производства продуктов питания — способствует выбросам различными способами:

• Различные методы управления сельскохозяйственными почвами могут привести к увеличению доступности азота в почве и привести к выбросам закиси азота (N ₂ O).Конкретные виды деятельности, которые способствуют выбросам N ₂ O с сельскохозяйственных угодий, включают внесение синтетических и органических удобрений, выращивание азотфиксирующих культур, осушение органических почв и методы орошения. На управление сельскохозяйственными угодьями приходится чуть более половины выбросов парниковых газов в сельскохозяйственном секторе экономики.*
• Домашний скот, особенно жвачные животные, такие как крупный рогатый скот, выделяют метан (CH ₄ ) в процессе нормального пищеварения.Этот процесс называется энтеральной ферментацией, и на его долю приходится более четверти выбросов сельскохозяйственного сектора экономики.
• Способ обращения с навозом домашнего скота также способствует выбросам CH ₄ и N ₂ O. Различные методы обработки и хранения навоза влияют на количество производимых парниковых газов. На использование навоза приходится около 12 процентов от общего объема выбросов парниковых газов в сельскохозяйственном секторе США.
• Меньшие источники сельскохозяйственных выбросов включают CO ₂ в результате известкования и внесения мочевины, CH ₄ в результате выращивания риса и сжигания пожнивных остатков, при котором образуются CH ₄ и N ₂ O.

Дополнительную информацию о выбросах в сельском хозяйстве можно найти в главе о сельском хозяйстве в Перечне выбросов и стоков парниковых газов США .

* Управление пахотными землями и пастбищами также может привести к выбросам или секвестрации двуокиси углерода (CO ₂ ).Однако эти выбросы и абсорбция включены в сектор землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства.

Выбросы и тенденции

В 2019 году выбросы парниковых газов в сельскохозяйственном секторе экономики составили 10 процентов от общего объема выбросов парниковых газов в США. Выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве увеличились на 12 процентов с 1990 года. Факторы этого увеличения включают 9-процентное увеличение содержания N ₂ O в результате управления почвами, а также 60-процентное увеличение комбинированного содержания CH ₄ и N ₂ . Выбросы O от систем обращения с навозом, отражающие более широкое использование жидких систем с интенсивными выбросами за этот период времени. Выбросы из других сельскохозяйственных источников в целом остались неизменными или изменились на относительно небольшую величину с 1990 года.

Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг.

Увеличенное изображение для сохранения или печати

Сокращение выбросов в сельском хозяйстве

В приведенной ниже таблице приведены некоторые примеры возможностей сокращения выбросов в сельском хозяйстве. Более полный список вариантов и подробную оценку того, как каждый вариант влияет на различные газы, см. в главе 11 документа «Вклад рабочей группы III в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата» .

Примеры возможностей сокращения для сельскохозяйственного сектора

Тип	Как сокращаются выбросы	Примеры
Землеустройство и управление растениеводством	Корректировка методов управления землей и выращивания сельскохозяйственных культур.	Удобрение сельскохозяйственных культур соответствующим количеством азота, необходимого для оптимального производства сельскохозяйственных культур, поскольку чрезмерное внесение азота может привести к увеличению выбросов закиси азота без увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Слив воды с заболоченных рисовых почв в течение вегетационного периода для сокращения выбросов метана.
Животноводство	Корректировка практики кормления и других методов управления для уменьшения количества метана, образующегося в результате кишечной ферментации.	Улучшение качества пастбищ для повышения продуктивности животных, что может снизить количество метана, выделяемого на единицу животноводческой продукции. Кроме того, повышение продуктивности животноводства может быть достигнуто за счет улучшения методов разведения.
Управление навозом	Контроль процесса разложения навоза для сокращения выбросов закиси азота и метана. Улавливание метана при разложении навоза для производства возобновляемой энергии.	Обращение с навозом в виде твердого вещества или размещение его на пастбище вместо его хранения в жидкостной системе, такой как отстойник, скорее всего, сократит выбросы метана, но может увеличить выбросы закиси азота. Хранение навоза в анаэробных лагунах для максимизации производства метана, а затем улавливание метана для использования в качестве заменителя ископаемого топлива. Для получения дополнительной информации об улавливании метана из систем обращения с навозом см. Программу AgSTAR Агентства по охране окружающей среды, добровольную просветительскую и образовательную программу, которая способствует извлечению и использованию метана из навоза животных.

Землепользование, изменения в землепользовании и выбросы и секвестрация лесного хозяйства

Растения поглощают углекислый газ (CO ₂ ) из атмосферы по мере своего роста и хранят часть этого углерода в виде надземной и подземной биомассы на протяжении всей своей жизни. Почва и мертвое органическое вещество/подстилка также могут хранить часть углерода от этих растений в зависимости от того, как обрабатывается почва, и других условий окружающей среды (например, климата). Такое хранение углерода в растениях, мертвом органическом веществе/подстилке и почве называется биологической секвестрацией углерода. Поскольку биологическое секвестрирование забирает CO ₂ из атмосферы и сохраняет его в этих углеродных пулах, его также называют «поглотителем» углерода.

Выбросы или секвестрация CO ₂ , а также выбросы CH ₄ и N ₂ O могут происходить при управлении землями при их текущем использовании или при переводе земель в другие виды землепользования.Обмен углекислым газом происходит между атмосферой и растениями и почвой на суше, например, когда пахотные земли превращаются в пастбища, когда земли возделываются для сельскохозяйственных культур или когда растут леса. Кроме того, использование биологического сырья (например, энергетических культур или древесины) для таких целей, как производство электроэнергии, в качестве сырья для процессов, создающих жидкое топливо, или в качестве строительных материалов, может привести к выбросам или поглощению. *

В Соединенных Штатах в целом с 1990 года в результате деятельности по землепользованию, изменениям в землепользовании и лесному хозяйству (ЗИЗЛХ) выброс CO ₂ из атмосферы был больше, чем выбросы.Из-за этого сектор ЗИЗЛХ в Соединенных Штатах считается чистым поглотителем, а не источником CO ₂ за этот период времени. Во многих регионах мира верно обратное, особенно в странах, где большие площади лесных угодий вырубаются, часто для преобразования в сельскохозяйственные цели или для поселений. В этих ситуациях сектор ЗИЗЛХ может быть чистым источником выбросов парниковых газов.

* Выбросы и секвестрация CO ₂ представлены в разделе «Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство» в кадастре.Выбросы метана (CH ₄ ) и закиси азота (N ₂ O) также происходят в результате деятельности по землепользованию и управлению в секторе ЗИЗЛХ. Другие выбросы от CH ₄ и N ₂ O также представлены в секторе энергетики.

Выбросы и тенденции

В 2019 году чистые выбросы CO ₂ из атмосферы в секторе ЗИЗЛХ составили 12 % от общего объема выбросов парниковых газов в США. В период с 1990 по 2019 год общее связывание углерода в секторе ЗИЗЛХ сократилось на 11 процентов, в первую очередь из-за снижения скорости чистого накопления углерода в лесах и пахотных землях, а также увеличения выбросов CO ₂ в результате урбанизации.Кроме того, во временном ряду также наблюдались повышенные выбросы CO ₂ , CH ₄ и N ₂ O от лесных пожаров, хотя они носят эпизодический характер.

*Примечание: сектор ЗИЗЛХ является чистым «поглотителем» выбросов в Соединенных Штатах (например, больше выбросов парниковых газов поглощается, чем выделяется в результате деятельности по землепользованию), поэтому чистые выбросы парниковых газов от ЗИЗЛХ являются отрицательными. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019 гг. Увеличьте изображение для сохранения или печати

Сокращение выбросов и увеличение поглотителей в результате землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства

В секторе ЗИЗЛХ существуют возможности для сокращения выбросов и увеличения потенциала связывания углерода из атмосферы за счет увеличения поглотителей. В приведенной ниже таблице представлены некоторые примеры возможностей как для сокращения выбросов, так и для увеличения поглотителей. Более полный список см. в главе 11 документа «Вклад рабочей группы III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата» .

Примеры возможностей сокращения выбросов в секторе ЗИЗЛХ

Тип	Как сокращаются выбросы или улучшаются стоки	Примеры
Изменение в использовании земли	Увеличение запасов углерода за счет иного использования земли или поддержания запасов углерода за счет предотвращения деградации земель.	Облесение и сведение к минимуму преобразования лесных земель в другие виды землепользования, такие как поселения, пахотные земли или пастбища.
Изменения в практике управления земельными ресурсами	Совершенствование практики управления существующими видами землепользования.	Использование сокращенных методов обработки почвы на пахотных землях и усовершенствованных методов управления выпасом скота на пастбищах. Посадка после естественных или антропогенных нарушений лесов для ускорения роста растительности и минимизации потерь почвенного углерода.

6 457 миллионов метрических тонн CO

₂ эквивалент – что это значит?

Объяснение юнитов

Миллион метрических тонн примерно равен 2.2 миллиарда фунтов или 1 триллион граммов. Для сравнения, небольшой автомобиль, скорее всего, будет весить немногим более 1 метрической тонны. Таким образом, миллион метрических тонн примерно равен массе 1 миллиона маленьких автомобилей!

В Реестре США используются метрические единицы для согласованности и сопоставимости с другими странами. Для справки: метрическая тонна немного больше (около 10 процентов), чем «короткая» тонна США.

Выбросы парниковых газов часто измеряются в двуокиси углерода ( CO ₂ ) эквивалент .Чтобы преобразовать выбросы газа в эквивалент CO ₂ , его выбросы умножаются на потенциал глобального потепления газа (GWP). ПГП учитывает тот факт, что многие газы более эффективно нагревают Землю, чем CO ₂ на единицу массы.

Значения ПГП, отображаемые на веб-страницах выбросов, отражают значения, используемые в кадастре США, которые взяты из Второго доклада об оценке (SAR) МГЭИК. Для дальнейшего обсуждения ПГП и оценки выбросов парниковых газов с использованием обновленных ПГП см. Приложение 6 к U.S. Реестр и обсуждение МГЭИК ПГП (PDF) (106 стр., 7,7 МБ).

Как клетки получают энергию из пищи — молекулярная биология клетки

Как мы только что видели, клеткам требуется постоянный приток энергии для создания и поддержания биологического порядка, поддерживающего их жизнь. Эта энергия получается из энергии химической связи в пищевых молекулах, которые, таким образом, служат топливом для клеток.

Сахара являются особенно важными топливными молекулами, и они окисляются небольшими ступенями до двуокиси углерода (CO ₂ ) и воды ().В этом разделе мы проследим основные этапы расщепления или катаболизма сахаров и покажем, как они производят АТФ, НАДН и другие активированные молекулы-носители в клетках животных. Мы концентрируемся на расщеплении глюкозы, так как она доминирует в производстве энергии в большинстве животных клеток. Очень похожий путь также действует в растениях, грибах и многих бактериях. Другие молекулы, такие как жирные кислоты и белки, также могут служить источниками энергии, если они проходят через соответствующие ферментативные пути.

Рисунок 2-69

Схематическое изображение контролируемого ступенчатого окисления сахара в клетке по сравнению с обычным сжиганием.(A) В клетке ферменты катализируют окисление посредством серии небольших стадий, в ходе которых свободная энергия переносится в пакетах удобного размера (подробнее…)

Молекулы пищи расщепляются в три этапа с образованием АТФ

Белки, липиды и полисахариды, составляющие большую часть пищи, которую мы едим, должны быть расщеплены на более мелкие молекулы, прежде чем наши клетки смогут их использовать — либо в качестве источника энергии, либо в качестве строительных блоков для других молекул. Процессы распада должны воздействовать на поступающую извне пищу, а не на макромолекулы внутри наших собственных клеток.Стадия 1 ферментативного расщепления пищевых молекул, таким образом, представляет собой пищеварение , которое происходит либо в нашем кишечнике вне клеток, либо в специализированной органелле внутри клеток — лизосоме. (Мембрана, окружающая лизосому, отделяет ее пищеварительные ферменты от цитозоля, как описано в главе 13.) В любом случае большие полимерные молекулы в пище расщепляются во время пищеварения на мономерные субъединицы — белки на аминокислоты, полисахариды на сахара, а жиры в жирные кислоты и глицерин — под действием ферментов.После переваривания небольшие органические молекулы, полученные из пищи, попадают в цитозоль клетки, где начинается их постепенное окисление. Как показано на рисунке, окисление происходит на двух следующих стадиях клеточного катаболизма: стадия 2 начинается в цитозоле и заканчивается в основной органелле, преобразующей энергию, — митохондрии; стадия 3 полностью ограничена митохондриями.

Рисунок 2-70

Упрощенная диаграмма трех стадий клеточного метаболизма, которые ведут от пищи к отходам в клетках животных.Эта серия реакций производит АТФ, который затем используется для запуска биосинтетических реакций и других энергозатратных процессов в (далее…)

На стадии 2 цепь реакций, называемая гликолизом , превращает каждую молекулу глюкозы в две более мелкие молекулы пирувата. Сахара, отличные от глюкозы, аналогичным образом превращаются в пируват после их превращения в один из промежуточных сахаров в этом гликолитическом пути. При образовании пирувата образуются два типа активированных молекул-носителей — АТФ и НАДН.Затем пируват переходит из цитозоля в митохондрии. Там каждая молекула пирувата превращается в CO ₂ плюс двухуглеродную ацетильную группу, которая присоединяется к коферменту А (КоА), образуя ацетил-КоА, еще одну активированную молекулу-носитель (см. Ресурсы). Большое количество ацетил-КоА также образуется в результате поэтапного распада и окисления жирных кислот, полученных из жиров, которые переносятся кровотоком, импортируются в клетки в виде жирных кислот, а затем перемещаются в митохондрии для производства ацетил-КоА.

Стадия 3 окислительного распада пищевых молекул полностью происходит в митохондриях. Ацетильная группа в ацетил-КоА связана с коферментом А высокоэнергетической связью и поэтому легко переносится на другие молекулы. После своего переноса на четырехуглеродную молекулу оксалоацетата ацетильная группа вступает в ряд реакций, называемых циклом лимонной кислоты . Как мы кратко обсудим, в этих реакциях ацетильная группа окисляется до CO ₂ , и образуются большие количества переносчика электронов NADH.Наконец, высокоэнергетические электроны от NADH передаются по цепи переноса электронов внутри митохондриальной внутренней мембраны, где энергия, высвобождаемая при их переносе, используется для запуска процесса, который производит АТФ и потребляет молекулярный кислород (O ₂ ). Именно на этих последних этапах большая часть энергии, высвобождаемой при окислении, используется для производства большей части клеточного АТФ.

Поскольку энергия, необходимая для синтеза АТФ в митохондриях, в конечном итоге поступает от окислительного распада молекул пищи, фосфорилирование АДФ с образованием АТФ, которое управляется транспортом электронов в митохондриях, известно как окислительное фосфорилирование .Удивительные события, происходящие во внутренней мембране митохондрий во время окислительного фосфорилирования, находятся в центре внимания главы 14.

Благодаря производству АТФ энергия, получаемая при расщеплении сахаров и жиров, перераспределяется в виде пакетов химической энергии в удобной форме. для использования в другом месте клетки. Примерно 10 ⁹ молекул АТФ находится в растворе в типичной клетке в любой момент времени, и во многих клетках весь этот АТФ переворачивается (т. е. расходуется и заменяется) каждые 1–2 минуты.

В целом почти половина энергии, которая теоретически может быть получена при окислении глюкозы или жирных кислот до H ₂ O и CO ₂ , улавливается и используется для запуска энергетически невыгодной реакции P _i + АДФ → АТФ. (Напротив, типичный двигатель внутреннего сгорания, такой как автомобильный двигатель, может преобразовать в полезную работу не более 20 % имеющейся в его топливе энергии.) Остальная часть энергии высвобождается клеткой в ​​виде тепла, заставляя наши тела теплый.

Гликолиз является центральным путем производства АТФ и

lusis, «разрыв.Гликолиз производит АТФ без участия молекулярного кислорода (O ₂ газа). Он встречается в цитозоле большинства клеток, включая многие анаэробные микроорганизмы (те, которые могут жить без использования молекулярного кислорода). Гликолиз, вероятно, развился в начале истории жизни, до того, как деятельность фотосинтезирующих организмов привела к поступлению кислорода в атмосферу. При гликолизе молекула глюкозы с шестью атомами углерода превращается в две молекулы пирувата, каждая из которых содержит по три атома углерода.На каждую молекулу глюкозы гидролизуются две молекулы АТФ, чтобы обеспечить энергию для запуска первых стадий, но четыре молекулы АТФ образуются на более поздних стадиях. Следовательно, в конце гликолиза на каждую расщепленную молекулу глюкозы приходится две молекулы АТФ.

Путь гликолиза представлен в общих чертах на и более подробно на панели 2-8 (стр. 124-125). Гликолиз включает в себя последовательность из 10 отдельных реакций, каждая из которых производит разные промежуточные сахара и каждая катализируется другим ферментом.Как и большинство ферментов, все эти ферменты имеют названия, оканчивающиеся на аза , подобно изомеру аза и дегидрогеназе , что указывает на тип реакции, которую они катализируют.

Рисунок 2-71

Схема гликолиза. Каждая из 10 показанных стадий катализируется другим ферментом. Обратите внимание, что на шаге 4 шестиуглеродный сахар расщепляется на два трехуглеродных сахара, так что количество молекул на каждом последующем этапе удваивается. Как указано, этап 6 (подробнее…)

Панель 2-8

Подробная информация о 10 этапах гликолиза.

Хотя молекулярный кислород не участвует в гликолизе, происходит окисление, при котором электроны удаляются NAD ⁺ (с образованием NADH) от некоторых атомов углерода, полученных из молекулы глюкозы. Ступенчатый характер процесса позволяет высвобождать энергию окисления небольшими порциями, так что большая ее часть может храниться в активированных молекулах-носителях, а не выделяться в виде тепла (см. Ресурсы). Таким образом, часть энергии, высвобождаемой при окислении, обеспечивает прямой синтез молекул АТФ из АДФ и P _i , а часть остается с электронами в высокоэнергетическом переносчике электронов НАДН.

Две молекулы НАДН образуются на одну молекулу глюкозы в процессе гликолиза. В аэробных организмах (тех, которым для жизни необходим молекулярный кислород) эти молекулы НАДН отдают свои электроны цепи переноса электронов, описанной в главе 14, а НАД ⁺ , образованный из НАДН, снова используется для гликолиза (см. шаг 6 в Панель 2–8, стр. 124–125).

Ферментации позволяют производить АТФ в отсутствие кислорода

Для большинства животных и растительных клеток гликолиз является лишь прелюдией к третьему и последнему этапу распада пищевых молекул.В этих клетках пируват, образующийся на последнем этапе стадии 2, быстро транспортируется в митохондрии, где превращается в СО ₂ плюс ацетил-КоА, который затем полностью окисляется до СО ₂ и Н ₂ O

Напротив, для многих анаэробных организмов, которые не используют молекулярный кислород и могут расти и делиться без него, гликолиз является основным источником клеточного АТФ. Это также верно для некоторых тканей животных, таких как скелетные мышцы, которые могут продолжать функционировать при ограничении молекулярного кислорода.В этих анаэробных условиях электроны пирувата и НАДН остаются в цитозоле. Пируват превращается в продукты, выделяемые из клетки, например, в этанол и СО ₂ в дрожжах, используемых в пивоварении и выпечке хлеба, или в лактат в мышцах. В этом процессе НАДН отдает свои электроны и снова превращается в НАД ⁺ . Эта регенерация НАД ⁺ необходима для поддержания реакций гликолиза ().

Рисунок 2-72

Два пути анаэробного распада пирувата.(A) При недостатке кислорода, например, в мышечной клетке, подвергающейся энергичному сокращению, пируват, образующийся в результате гликолиза, превращается в лактат, как показано. Эта реакция регенерирует (подробнее…)

Подобные анаэробные пути выработки энергии называются ферментациями. Исследования коммерчески важных ферментаций, осуществляемых дрожжами, во многом вдохновили раннюю биохимию. Работа в девятнадцатом веке привела в 1896 году к поразительному тогда открытию, что эти процессы можно изучать вне живых организмов, в клеточных экстрактах.Это революционное открытие в конечном итоге позволило проанализировать и изучить каждую из отдельных реакций в процессе ферментации. Сбор воедино полного пути гликолиза в 1930-х годах был крупным триумфом биохимии, за которым вскоре последовало признание центральной роли АТФ в клеточных процессах. Таким образом, большинство фундаментальных концепций, обсуждаемых в этой главе, известны уже более 50 лет.

Гликолиз иллюстрирует, как ферменты связывают окисление с накоплением энергии (видеть ).Ферменты играют роль гребного колеса в нашей аналогии, и теперь мы вернемся к этапу гликолиза, который мы обсуждали ранее, чтобы проиллюстрировать, как именно происходят сопряженные реакции.

Две центральные реакции гликолиза (стадии 6 и 7) превращают трехуглеродный промежуточный сахар глицеральдегид-3-фосфат (альдегид) в 3-фосфоглицерат (карбоновую кислоту). Это влечет за собой окисление альдегидной группы до группы карбоновой кислоты, которое происходит в две стадии. Общая реакция высвобождает достаточно свободной энергии, чтобы преобразовать молекулу АДФ в АТФ и передать два электрона от альдегида к НАД ⁺ с образованием НАДН, в то же время выделяя достаточно тепла в окружающую среду, чтобы сделать общую реакцию энергетически выгодной (Δ ). G ° для суммарной реакции равно -3.0 ккал/моль).

Путь, по которому совершается этот выдающийся подвиг, описан в . Химические реакции управляются двумя ферментами, с которыми прочно связаны промежуточные соединения сахаров. Первый фермент ( глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа ) образует короткоживущую ковалентную связь с альдегидом через реакционноспособную -SH-группу фермента и катализирует окисление этого альдегида, пока еще находится в присоединенном состоянии. Высокоэнергетическая связь фермент-субстрат, созданная в результате окисления, затем замещается неорганическим ионом фосфата с образованием высокоэнергетического промежуточного продукта сахар-фосфат, который тем самым высвобождается из фермента.Это промежуточное соединение затем связывается со вторым ферментом ( фосфоглицераткиназа ). Этот фермент катализирует энергетически выгодный перенос только что созданного высокоэнергетического фосфата на АДФ, образуя АТФ и завершая процесс окисления альдегида в карбоновую кислоту (см. ).

Рисунок 2-73

Накопление энергии на этапах 6 и 7 гликолиза. На этих стадиях окисление альдегида до карбоновой кислоты сопряжено с образованием АТФ и НАДН. (A) Стадия 6 начинается с образования ковалентной связи между субстратом (глицеральдегидом (подробнее…)

Мы показали этот конкретный процесс окисления довольно подробно, потому что он представляет собой наглядный пример опосредованного ферментами накопления энергии посредством связанных реакций (). Эти реакции (этапы 6 и 7) являются единственными в гликолизе, которые создают высокоэнергетическую фосфатную связь непосредственно из неорганического фосфата. Как таковые, они объясняют чистый выход двух молекул АТФ и двух молекул НАДН на молекулу глюкозы (см. панель 2–8, стр. 124–125).

Рисунок 2-74

Схематическое изображение сопряженных реакций образования НАДН и АТФ на стадиях 6 и 7 гликолиза.Энергия окисления связи C-H приводит к образованию как НАДН, так и высокоэнергетической фосфатной связи. Затем разрыв высокоэнергетической связи приводит к образованию АТФ. (подробнее…)

Как мы только что видели, АТФ может легко образовываться из АДФ, когда образуются промежуточные продукты реакции с более энергичными фосфатными связями, чем в АТФ. Фосфатные связи можно упорядочить по энергии, сравнив стандартное изменение свободной энергии ( Δ G° ) для разрыва каждой связи гидролизом. сравнивает высокоэнергетические фосфоангидридные связи в АТФ с другими фосфатными связями, некоторые из которых образуются во время гликолиза.

Рисунок 2-75

Некоторые энергии фосфатных связей. Перенос фосфатной группы с любой молекулы 1 на любую молекулу 2 энергетически выгоден, если стандартное изменение свободной энергии (Δ G °) гидролиза фосфатной связи в молекуле 1 более отрицательно (подробнее…)

Сахара и жиры расщепляются до ацетил-КоА в митохондриях

Теперь мы переходим к рассмотрению стадии 3 катаболизма, процесса, который требует большого количества молекулярного кислорода (O ₂ газа).Поскольку считается, что Земля создала атмосферу, содержащую газ O ₂ , между одним и двумя миллиардами лет назад, в то время как многочисленные формы жизни, как известно, существовали на Земле в течение 3,5 миллиардов лет, использование O ₂ в реакции, которые мы обсуждаем далее, считаются относительно недавними. Напротив, механизм, используемый для производства АТФ, не требует кислорода, и родственники этой изящной пары связанных реакций могли возникнуть очень рано в истории жизни на Земле.

В аэробном метаболизме пируват, образующийся в результате гликолиза, быстро декарбоксилируется гигантским комплексом из трех ферментов, называемым пируватдегидрогеназным комплексом . Продуктами декарбоксилирования пирувата являются молекула СО ₂ (отход), молекула НАДН и ацетил-КоА. Трехферментный комплекс находится в митохондриях эукариотических клеток; его структура и способ действия описаны в .

Рисунок 2-76

Окисление пирувата до ацетил-КоА и СО ₂ .(А) Структура комплекса пируватдегидрогеназы, который содержит 60 полипептидных цепей. Это пример большого мультиферментного комплекса, в котором промежуточные продукты реакции поступают непосредственно из (далее…)

Ферменты, расщепляющие жирные кислоты, полученные из жиров, также производят ацетил-КоА в митохондриях. Каждая молекула жирной кислоты (как активированная молекула жирного ацил-КоА ) полностью расщепляется циклом реакций, в ходе которого от карбоксильного конца отщепляется по два атома углерода за раз, образуя одну молекулу ацетил-КоА на каждый оборот цикла.В этом процессе также образуются молекула NADH и молекула FADH ₂ ().

Рисунок 2-77

Окисление жирных кислот до ацетил-КоА. (А) Электронная микрофотография липидной капли в цитоплазме (вверху), и в структуре жиров (внизу). Жиры представляют собой триацилглицеролы. Часть глицерина, с которой три жирные кислоты связаны сложноэфирными связями, (подробнее…)

Сахара и жиры являются основными источниками энергии для большинства нефотосинтезирующих организмов, включая человека.Однако большая часть полезной энергии, которая может быть извлечена при окислении обоих типов пищевых продуктов, остается запасенной в молекулах ацетил-КоА, образующихся в результате только что описанных двух типов реакций. Таким образом, цикл реакций лимонной кислоты, в котором ацетильная группа в ацетил-КоА окисляется до CO ₂ и H ₂ O, занимает центральное место в энергетическом метаболизме аэробных организмов. У эукариот все эти реакции протекают в митохондриях, органеллах, в которые направляются пируват и жирные кислоты для производства ацетил-КоА.Поэтому не следует удивляться, обнаружив, что митохондрия — это место, где в клетках животных вырабатывается большая часть АТФ. Напротив, аэробные бактерии осуществляют все свои реакции в одном компартменте, цитозоле, и именно здесь в этих клетках происходит цикл лимонной кислоты.

Рисунок 2-78

Пути производства ацетил-КоА из сахаров и жиров. Митохондрия в эукариотических клетках — это место, где ацетил-КоА вырабатывается из обоих типов основных пищевых молекул.Поэтому именно здесь протекает большинство клеточных реакций окисления (подробнее…)

Цикл лимонной кислоты Генерирует НАДН путем окисления ацетильных групп до CO

₂

В девятнадцатом веке биологи заметили, что в отсутствие воздуха (анаэробные условия) клетки вырабатывают молочную кислоту (например, в мышцах) или этанол (например, в дрожжах), а в его присутствии (аэробные условия) потребляют О ₂ и производят СО ₂ и Н ₂ О.Интенсивные усилия по определению путей аэробного метаболизма в конечном итоге сосредоточились на окислении пирувата и привели в 1937 году к открытию цикла лимонной кислоты, также известного как цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса . На цикл лимонной кислоты приходится около двух третей всего окисления соединений углерода в большинстве клеток, и его основными конечными продуктами являются CO ₂ и высокоэнергетические электроны в форме НАДН. CO ₂ высвобождается как побочный продукт, в то время как высокоэнергетические электроны от NADH передаются в связанную с мембраной цепь переноса электронов, в конечном итоге объединяясь с O ₂ с образованием H ₂ O.Хотя сам цикл лимонной кислоты не использует O ₂ , ему требуется O ₂ , чтобы продолжить, потому что у NADH нет другого эффективного способа избавиться от своих электронов и, таким образом, регенерировать NAD ⁺ , то есть необходимо для поддержания цикла.

Цикл лимонной кислоты, происходящий внутри митохондрий эукариотических клеток, приводит к полному окислению атомов углерода ацетильных групп в ацетил-КоА, превращая их в CO ₂ .Но ацетильная группа не окисляется напрямую. Вместо этого эта группа переносится от ацетил-КоА к более крупной четырехуглеродной молекуле, оксалоацетату, , с образованием шестиуглеродной трикарбоновой кислоты, лимонной кислоты, , в честь которой назван последующий цикл реакций. Затем молекула лимонной кислоты постепенно окисляется, позволяя использовать энергию этого окисления для производства богатых энергией активированных молекул-носителей. Цепь из восьми реакций образует цикл, потому что в конце оксалоацетат регенерируется и вступает в новый виток цикла, как показано в схеме на рис.

Рисунок 2-79

Простой обзор цикла лимонной кислоты. Реакция ацетил-КоА с оксалоацетатом запускает цикл с образованием цитрата (лимонной кислоты). В каждом обороте цикла в качестве отходов образуется две молекулы CO ₂ плюс три молекулы NADH, одна (подробнее…)

До сих пор мы обсуждали только один из трех типов активированных молекул-носителей. продуцируемые циклом лимонной кислоты, пара НАД ⁺ -НАДН (см. ).В дополнение к трем молекулам НАДН каждый оборот цикла также производит одну молекулу ФАДН ₂ (восстановленный флавинадениндинуклеотид) из FAD и одна молекула рибонуклеотида GTP (гуанозинтрифосфат) из GDP. Структуры этих двух активированных молекул-носителей показаны на рис. ГТФ является близким родственником АТФ, и перенос его концевой фосфатной группы на АДФ приводит к образованию одной молекулы АТФ в каждом цикле. Как и NADH, FADH ₂ является переносчиком высокоэнергетических электронов и водорода.Как мы вскоре обсудим, энергия, запасенная в легко переносимых высокоэнергетических электронах НАДН и ФАДН ₂ , будет впоследствии использована для производства АТФ в процессе окислительного фосфорилирования, единственного этапа окислительного катаболизма пищевых продуктов. для этого непосредственно требуется газообразный кислород (O ₂ ) из атмосферы.

Рисунок 2-80

Структуры GTP и FADH ₂ . (A) GTP и GDP являются близкими родственниками АТФ и АДФ соответственно.(B) FADH ₂ является переносчиком атомов водорода и высокоэнергетических электронов, таких как NADH и NADPH. Он показан здесь в окисленной форме (FAD) с переносчиком водорода (подробнее…)

Полный цикл лимонной кислоты представлен на панелях 2-9 (стр. 126–127). Дополнительные атомы кислорода, необходимые для образования CO ₂ из ацетильных групп, входящих в цикл лимонной кислоты, поставляются не молекулярным кислородом, а водой. Как показано на рисунке, в каждом цикле расщепляются три молекулы воды, и атомы кислорода некоторых из них в конечном итоге используются для образования CO ₂ .

Помимо пирувата и жирных кислот некоторые аминокислоты переходят из цитозоля в митохондрии, где также превращаются в ацетил-КоА или один из других промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. Таким образом, в эукариотической клетке митохондрия является центром, к которому ведут все энергетические процессы, начинаются ли они с сахаров, жиров или белков.

Цикл лимонной кислоты также служит отправной точкой для важных биосинтетических реакций, производя жизненно важные углеродсодержащие промежуточные продукты, такие как оксалоацетат и α-кетоглутарат. Некоторые из этих веществ, образующихся в результате катаболизма, переносятся обратно из митохондрий в цитозоль, где они служат в анаболических реакциях предшественниками для синтеза многих незаменимых молекул, таких как аминокислоты.

Электронный транспорт управляет синтезом большей части АТФ в большинстве клеток

Именно на последнем этапе деградации молекулы пищи высвобождается основная часть ее химической энергии. В этом заключительном процессе переносчики электронов НАДН и ФАДН ₂ передают электроны, полученные ими при окислении других молекул, на электрон-транспортную цепь, встроенную во внутреннюю мембрану митохондрии.Когда электроны проходят по этой длинной цепи специализированных молекул-акцепторов и доноров электронов, они последовательно переходят в более низкие энергетические состояния. Энергия, которую высвобождают электроны в этом процессе, используется для перекачивания ионов H ⁺ (протонов) через мембрану — из внутреннего митохондриального компартмента наружу (). Таким образом создается градиент ионов H ⁺ . Этот градиент служит источником энергии, используемой как батарея для управления различными реакциями, требующими энергии.Наиболее известной из этих реакций является образование АТФ путем фосфорилирования АДФ.

Рисунок 2-81

Генерация градиента H ⁺ через мембрану в результате реакций переноса электронов. Высокоэнергетический электрон (полученный, например, в результате окисления метаболита) последовательно передается переносчиками А, В и С в более низкое энергетическое состояние. На этой диаграмме (подробнее…)

В конце этой серии переносов электроны передаются молекулам газообразного кислорода (O ₂ ), которые диффундировали в митохондрии, которые одновременно соединяются с протонами (H ⁺ ) из окружающего раствора с образованием молекул воды.Электроны теперь достигли своего самого низкого энергетического уровня, и поэтому вся доступная энергия была извлечена из окисляемой пищевой молекулы. Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием, также происходит в плазматической мембране бактерий. Как одно из самых замечательных достижений клеточной эволюции, оно станет центральной темой главы 14.

Рисунок 2-82

Заключительные стадии окисления пищевых молекул. Молекулы НАДН и ФАДН ₂ (ФАДН ₂ не показаны) образуются в цикле лимонной кислоты.Эти активированные носители отдают высокоэнергетические электроны, которые в конечном итоге используются для восстановления газообразного кислорода до воды. A major (подробнее…)

В общей сложности полное окисление молекулы глюкозы до H ₂ O и CO ₂ используется клеткой для производства около 30 молекул АТФ. Напротив, только 2 молекулы АТФ образуются на молекулу глюкозы только за счет гликолиза.

Организмы хранят молекулы пищи в специальных резервуарах

Всем организмам необходимо поддерживать высокое соотношение АТФ/АДФ, если необходимо поддерживать биологический порядок в их клетках.Тем не менее животные имеют лишь периодический доступ к пище, а растениям необходимо выживать в течение ночи без солнечного света, без возможности производства сахара в результате фотосинтеза. По этой причине и растения, и животные превращают сахара и жиры в специальные формы для хранения ().

Рисунок 2-83

Хранение сахаров и жиров в животных и растительных клетках. (A) Структуры крахмала и гликогена, формы хранения сахаров у растений и животных соответственно. Оба являются запасными полимерами сахарной глюкозы и различаются только частотой разветвления (больше…)

Чтобы компенсировать длительное голодание, животные запасают жирные кислоты в виде капелек жира, состоящих из нерастворимых в воде триацилглицеролов, преимущественно в специализированных жировых клетках. А для более краткосрочного хранения сахар запасается в виде субъединиц глюкозы в большом разветвленном полисахариде гликогене, который присутствует в виде мелких гранул в цитоплазме многих клеток, включая печень и мышцы. Синтез и расщепление гликогена быстро регулируются в зависимости от потребности. Когда требуется больше АТФ, чем может быть произведено из пищевых молекул, поступающих из кровотока, клетки расщепляют гликоген в результате реакции, в результате которой образуется глюкозо-1-фосфат, который вступает в гликолиз.

В количественном отношении жир является гораздо более важной формой хранения, чем гликоген, отчасти потому, что при окислении грамма жира высвобождается примерно в два раза больше энергии, чем при окислении грамма гликогена. Кроме того, гликоген отличается от жира тем, что связывает большое количество воды, что приводит к шестикратной разнице в фактической массе гликогена, необходимой для хранения того же количества энергии, что и жир. Средний взрослый человек хранит достаточно гликогена только для одного дня нормальной деятельности, но достаточно жира, чтобы его хватило почти на месяц.Если бы наш основной топливный резервуар должен был быть гликогеном, а не жиром, вес тела должен был бы увеличиться в среднем примерно на 60 фунтов.

Большая часть нашего жира хранится в жировой ткани, из которой он высвобождается в кровоток для использования другими клетками по мере необходимости. Потребность возникает после периода воздержания от еды; даже обычное ночное голодание приводит к мобилизации жира, так что утром большая часть ацетил-КоА, поступающего в цикл лимонной кислоты, образуется из жирных кислот, а не из глюкозы.Однако после еды большая часть ацетил-КоА, поступающего в цикл лимонной кислоты, поступает из глюкозы, получаемой из пищи, и любой избыток глюкозы используется для пополнения истощенных запасов гликогена или для синтеза жиров. (В то время как животные клетки легко превращают сахара в жиры, они не могут превращать жирные кислоты в сахара.)

Хотя растения производят НАДФН и АТФ путем фотосинтеза, этот важный процесс происходит в специализированной органелле, называемой хлоропластом, которая изолирована от остальной части растительная клетка мембраной, непроницаемой для обоих типов активированных молекул-носителей.Кроме того, в растении есть много других клеток, например, в корнях, в которых отсутствуют хлоропласты, и поэтому они не могут производить собственные сахара или АТФ. Следовательно, для производства большей части АТФ растение использует экспорт сахаров из своих хлоропластов в митохондрии, расположенные во всех клетках растения. Большая часть АТФ, необходимой растению, синтезируется в этих митохондриях и экспортируется из них в остальную часть растительной клетки, используя точно такие же пути окислительного расщепления сахаров, которые используются нефотосинтезирующими организмами.

Рисунок 2-84

Как производится АТФ, необходимый для метаболизма большинства растительных клеток. У растений хлоропласты и митохондрии совместно снабжают клетки метаболитами и АТФ.

В периоды избыточной фотосинтетической способности в течение дня хлоропласты превращают часть производимых ими сахаров в жиры и в крахмал — полимер глюкозы, аналогичный гликогену животных. Жиры в растениях представляют собой триацилглицеролы, как и жиры в животных, и различаются только типами преобладающих жирных кислот.Жир и крахмал хранятся в хлоропластах в качестве резервуаров для мобилизации в качестве источника энергии в периоды темноты (см. ).

Эмбрионы внутри семян растений должны жить за счет накопленных источников энергии в течение длительного периода времени, пока они не прорастут и не произведут листья, которые смогут собирать энергию солнечного света. По этой причине семена растений часто содержат особенно большое количество жиров и крахмала, что делает их основным источником пищи для животных, в том числе и для нас самих.

Рисунок 2-85

Семена некоторых растений, которые являются важной пищей для человека.Кукуруза, орехи и горох содержат богатые запасы крахмала и жира, которые обеспечивают зародыш молодого растения в семени энергией и строительными блоками для биосинтеза. (С любезного разрешения Фонда Джона Иннеса.) (подробнее…)

Аминокислоты и нуклеотиды являются частью азотного цикла

До сих пор в нашем обсуждении мы концентрировались в основном на углеводном обмене. Мы еще не рассматривали метаболизм азота или серы. Эти два элемента входят в состав белков и нуклеиновых кислот, которые являются двумя наиболее важными классами макромолекул в клетке и составляют примерно две трети ее сухого веса.Атомы азота и серы переходят от соединения к соединению и между организмами и окружающей их средой в серии обратимых циклов.

Хотя молекулярный азот в изобилии содержится в атмосфере Земли, азот химически неактивен в виде газа. Лишь немногие живые виды способны включать его в органические молекулы, этот процесс называется фиксацией азота. Фиксация азота происходит у некоторых микроорганизмов и при некоторых геофизических процессах, например при разряде молнии. Он необходим для биосферы в целом, ибо без него не было бы жизни на этой планете.Однако лишь небольшая часть азотистых соединений в современных организмах обусловлена ​​свежими продуктами фиксации азота из атмосферы. Большая часть органического азота уже некоторое время находится в обращении, переходя от одного живого организма к другому. Таким образом, можно сказать, что современные азотфиксирующие реакции выполняют функцию «пополнения» общего запаса азота.

Позвоночные животные получают практически весь азот с пищей, содержащей белки и нуклеиновые кислоты. В организме эти макромолекулы расщепляются на аминокислоты и компоненты нуклеотидов, а содержащийся в них азот используется для производства новых белков и нуклеиновых кислот или используется для создания других молекул.Около половины из 20 аминокислот, содержащихся в белках, являются незаменимыми аминокислотами для позвоночных (), что означает, что они не могут быть синтезированы из других ингредиентов рациона. Другие могут быть синтезированы таким образом с использованием различных исходных материалов, включая промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, как описано ниже. Незаменимые аминокислоты производятся беспозвоночными организмами, как правило, длительными и энергетически затратными путями, утраченными в ходе эволюции позвоночных.

Рисунок 2-86

Девять незаменимых аминокислот.Они не могут быть синтезированы клетками человека и поэтому должны поступать с пищей.

Нуклеотиды, необходимые для производства РНК и ДНК, могут быть синтезированы с использованием специализированных путей биосинтеза: не существует «необходимых нуклеотидов», которые должны поступать с пищей. Все атомы азота в пуриновых и пиримидиновых основаниях (а также некоторые атомы углерода) получены из многочисленных аминокислот глутамина, аспарагиновой кислоты и глицина, тогда как сахара рибозы и дезоксирибозы получены из глюкозы.

Аминокислоты, которые не используются в биосинтезе, могут окисляться для получения метаболической энергии. Большинство их атомов углерода и водорода в конечном итоге образуют CO ₂ или H ₂ O, тогда как их атомы азота проходят через различные формы и в конечном итоге появляются в виде мочевины, которая выводится из организма. Каждая аминокислота обрабатывается по-своему, и для их катаболизма существует целая совокупность ферментативных реакций.

Многие пути биосинтеза начинаются с гликолиза или цикла лимонной кислоты

Катаболизм производит как энергию для клетки, так и строительные блоки, из которых состоят многие другие молекулы клетки (см. ).До сих пор в наших дискуссиях о гликолизе и цикле лимонной кислоты основное внимание уделялось производству энергии, а не предоставлению исходных материалов для биосинтеза. Но многие из промежуточных продуктов, образующихся в этих путях реакции, также перекачиваются другими ферментами, которые используют их для производства аминокислот, нуклеотидов, липидов и других небольших органических молекул, в которых нуждается клетка. Некоторое представление о сложности этого процесса можно получить из рисунка, который иллюстрирует некоторые ответвления от центральных катаболических реакций, ведущих к биосинтезу.

Рисунок 2-87

Гликолиз и цикл лимонной кислоты дают предшественники, необходимые для синтеза многих важных биологических молекул. Аминокислоты, нуклеотиды, липиды, сахара и другие молекулы, представленные здесь как продукты, в свою очередь служат предшественниками (подробнее…)

Существование стольких ветвящихся путей в клетке требует, чтобы выбор в каждой ветви быть тщательно отрегулированы, как мы обсудим далее.

Метаболизм организован и регулируется

О сложности клетки как химической машины можно судить по взаимосвязи гликолиза и цикла лимонной кислоты с другими метаболическими путями, описанными в .Этот тип диаграммы, который использовался ранее в этой главе для введения метаболизма, представляет только некоторые из ферментативных путей в клетке. Очевидно, что наше обсуждение клеточного метаболизма касается лишь небольшой части клеточной химии.

Рисунок 2-88

Гликолиз и цикл лимонной кислоты находятся в центре метаболизма. Около 500 метаболических реакций типичной клетки показаны схематически с реакциями гликолиза и цикла лимонной кислоты красным цветом . Другие реакции ведут к этим двум (подробнее…)

Все эти реакции происходят в клетке диаметром менее 0,1 мм, и для каждой требуется свой фермент. Как видно из , одна и та же молекула часто может быть частью многих различных путей. Пируват, например, является субстратом для полудюжины или более различных ферментов, каждый из которых химически модифицирует его по-своему. Один фермент превращает пируват в ацетил-КоА, другой — в оксалоацетат; третий фермент превращает пируват в аминокислоту аланин, четвертый — в лактат и так далее.Все эти разные пути конкурируют за одну и ту же молекулу пирувата, и одновременно происходят аналогичные соревнования за тысячи других малых молекул. Возможно, лучше понять эту сложность можно с помощью трехмерной метаболической карты, которая позволяет установить более прямые связи между путями (4).

Рисунок 2-89

Представление всех известных метаболических реакций с участием малых молекул в дрожжевой клетке. Как и на рис. 2-88, реакции гликолиза и цикла лимонной кислоты выделены красным цветом . Эта метаболическая карта необычна тем, что использует трехмерное изображение, (подробнее…)

В многоклеточном организме ситуация еще более усложняется. Разным типам клеток в целом потребуются несколько разные наборы ферментов. И разные ткани вносят различный вклад в химию организма в целом. В дополнение к различиям в специализированных продуктах, таких как гормоны или антитела, существуют значительные различия в «общих» метаболических путях между различными типами клеток одного и того же организма.

Хотя практически все клетки содержат ферменты гликолиза, цикла лимонной кислоты, синтеза и распада липидов и метаболизма аминокислот, уровни этих процессов, необходимых в разных тканях, неодинаковы. Например, нервные клетки, которые, вероятно, являются самыми привередливыми клетками в организме, почти не имеют запасов гликогена или жирных кислот и почти полностью зависят от постоянного поступления глюкозы из кровотока. Напротив, клетки печени снабжают глюкозой активно сокращающиеся мышечные клетки и перерабатывают молочную кислоту, вырабатываемую мышечными клетками, обратно в глюкозу.Все типы клеток имеют свои отличительные черты метаболизма, и они широко взаимодействуют в нормальном состоянии, а также в ответ на стресс и голодание. Можно подумать, что вся система должна быть настолько точно сбалансирована, что любое незначительное нарушение, такое как временное изменение рациона питания, будет иметь катастрофические последствия.

Рисунок 2-90

Схематическое изображение метаболического взаимодействия между клетками печени и мышц. Основным топливом активно сокращающихся мышечных клеток является глюкоза, большая часть которой поставляется клетками печени.Молочная кислота, конечный продукт анаэробного распада глюкозы путем гликолиза (подробнее…)

На самом деле, метаболический баланс клетки удивительно стабилен. Всякий раз, когда равновесие нарушается, клетка реагирует так, чтобы восстановить исходное состояние. Клетка может адаптироваться и продолжать функционировать во время голодания или болезни. Мутации многих видов могут повреждать или даже уничтожать определенные пути реакций, и тем не менее — при соблюдении определенных минимальных требований — клетка выживает. Это происходит потому, что сложная сеть из 90 813 механизмов управления 90 814 регулирует и координирует скорость всех его реакций.В конечном счете, этот контроль основан на замечательной способности белков изменять свою форму и свой химический состав в ответ на изменения в их непосредственном окружении. Следующей нашей задачей станут принципы, лежащие в основе построения больших молекул, таких как белки, и химия, стоящая за их регуляцией.

Резюме

Глюкоза и другие молекулы пищевых продуктов расщепляются контролируемым ступенчатым окислением с получением химической энергии в виде АТФ и НАДН. Это три основных набора реакций, которые действуют последовательно, продукты каждого из которых являются исходным материалом для следующего: гликолиз (который происходит в цитозоле), цикл лимонной кислоты (в митохондриальном матриксе) и окислительное фосфорилирование (на внутренняя митохондриальная мембрана).Промежуточные продукты гликолиза и цикла лимонной кислоты используются как в качестве источников метаболической энергии, так и для производства многих малых молекул, используемых в качестве сырья для биосинтеза. Клетки хранят молекулы сахара в виде гликогена у животных и крахмала у растений; как растения, так и животные также широко используют жиры в качестве продовольственного запаса. Эти материалы для хранения, в свою очередь, служат основным источником пищи для людей, наряду с белками, составляющими большую часть сухой массы клеток, которые мы едим.

Уголь | Национальное географическое общество

Уголь — это черная или коричневато-черная осадочная порода, которую можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Он состоит в основном из углерода и углеводородов, содержащих энергию, которая может выделяться при сгорании (сгорании).

Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии в мире и самым распространенным ископаемым топливом в Соединенных Штатах.

Ископаемое топливо образуется из останков древних организмов.Поскольку на разработку угля уходят миллионы лет, а его количество ограничено, это невозобновляемый ресурс.

Условия, которые в конечном итоге привели к образованию угля, начали формироваться около 300 миллионов лет назад, в каменноугольный период. В это время Земля была покрыта широкими, мелкими морями и густыми лесами. Моря время от времени затопляли лесные массивы, задерживая растения и водоросли на дне болотистой заболоченной местности. Со временем растения (в основном мхи) и водоросли были погребены и спрессованы под тяжестью вышележащего ила и растительности.

По мере того, как растительные остатки просеивались глубже под поверхность Земли, они столкнулись с повышением температуры и повышением давления. Грязь и кислая вода препятствовали контакту растительного вещества с кислородом. Из-за этого растительное вещество разлагалось очень медленно и сохраняло большую часть своего углерода (источника энергии).

Эти участки захороненных растений называются торфяными болотами. Торфяные болота хранят огромное количество углерода на много метров под землей. Сам торф можно сжигать в качестве топлива, и он является основным источником тепловой энергии в таких странах, как Шотландия, Ирландия и Россия.

При определенных условиях торф превращается в уголь посредством процесса, называемого карбонизацией. Карбонизация происходит при невероятной температуре и давлении. Около 3 метров (10 футов) слоистой растительности в конечном итоге сжимаются в треть метра (1 фут) угля!

Уголь находится в подземных формациях, называемых «угольными пластами» или «угольными пластами». Угольный пласт может иметь толщину до 30 метров (90 футов) и простираться на 1500 километров (920 миль).

Угольные пласты есть на каждом континенте.Крупнейшие запасы угля находятся в США, России, Китае, Австралии и Индии.

В США уголь добывают в 25 штатах и ​​трех крупных регионах. В Западном угольном регионе Вайоминг является ведущим производителем — около 40% добываемого в стране угля добывается в штате. Более одной трети национального угля поступает из Аппалачского угольного региона, который включает Западную Вирджинию, Вирджинию, Теннесси и Кентукки. Уголь, добываемый в Техасе во Внутреннем угольном регионе, поставляется в основном на местные рынки.

Типы угля

Уголь сильно отличается от минеральных пород, которые состоят из неорганического материала. Уголь состоит из хрупкого растительного материала и претерпевает множество изменений, прежде чем становится знакомым черным и блестящим веществом, сжигаемым в качестве топлива.

Уголь проходит различные фазы карбонизации на протяжении миллионов лет, и его можно найти на всех стадиях разработки в разных частях мира.

Уголь ранжируется в зависимости от того, насколько сильно он изменился с течением времени.Закон Хилта гласит, что чем глубже угольный пласт, тем выше его ранг. На большей глубине материал сталкивается с более высокими температурами и давлением, и больше растительных остатков превращается в углерод.

Торф
Торф — это не уголь, но при определенных обстоятельствах он может превратиться в уголь. Торф представляет собой скопление частично сгнившей растительности, прошедшей небольшую карбонизацию.

Однако торф по-прежнему считается частью «семейства» угля, потому что он содержит энергию, которую содержали его исходные растения.Он также содержит большое количество летучих веществ и газов, таких как метан и ртуть, которые при сжигании представляют опасность для окружающей среды.

Торф сохраняет достаточно влаги, чтобы быть губчатым. Он может поглощать воду и расширять болото, образуя больше торфа. Это делает его ценной защитой окружающей среды от наводнений. Торф также можно интегрировать в почву, чтобы помочь ей удерживать и медленно высвобождать воду и питательные вещества. По этой причине торф и так называемый «торфяной мох» представляют ценность для садоводов.

Торф является важным источником энергии во многих странах, включая Ирландию, Шотландию и Финляндию, где его обезвоживают и сжигают для получения тепла.

Бурый уголь
Бурый уголь представляет собой уголь низшего сорта. Он обуглен до состояния торфа, но содержит небольшое количество энергии — содержание углерода в нем составляет около 25–35%. Он происходит из относительно молодых угольных месторождений, возраст которых составляет около 250 миллионов лет.

Бурый уголь, рассыпчатая коричневая порода, также называемая бурым углем или углем с бутонами розы, удерживает больше влаги, чем другие виды угля. Это делает добычу, хранение и транспортировку дорогими и опасными. Он подвержен случайному возгоранию и имеет очень высокие выбросы углерода при сжигании.Большая часть бурого угля используется на электростанциях очень близко к месту его добычи.

Бурый уголь в основном сжигают и используют для производства электроэнергии. В Германии и Греции бурый уголь обеспечивает 25-50% электроэнергии, вырабатываемой углем. В США месторождения бурого угля вырабатывают электроэнергию в основном в штатах Северная Дакота и Техас.

Полубитуминозный уголь
Полубитуминозный уголь имеет возраст около 100 миллионов лет. Он содержит больше углерода, чем лигнит, около 35-45%. Во многих частях мира полубитуминозный уголь считается «бурым углем» наряду с лигнитом.Как и лигнит, суббитуминозный уголь в основном используется в качестве топлива для производства электроэнергии.

Большая часть полубитуминозного угля в США добывается в штате Вайоминг и составляет около 47% всего угля, добываемого в США. За пределами США Китай является ведущим производителем полубитуминозного угля.

Битуминозный уголь
Битуминозный уголь образуется при большем нагреве и давлении, и ему от 100 до 300 миллионов лет. Он назван в честь липкого смолоподобного вещества, называемого битумом, которое также содержится в нефти.Он содержит около 45-86% углерода.

Уголь представляет собой осадочную горную породу, и битуминозный уголь часто содержит «полосы» или полосы различной консистенции, которые отмечают слои спрессованного растительного материала.

Битуминозный уголь делится на три основных типа: кузнечный уголь, каннельный уголь и коксующийся уголь. Кузнечный уголь имеет очень низкую зольность и идеально подходит для кузнечных горнов, где металл нагревают и формуют.

Каннельский уголь широко использовался в качестве источника каменноугольного масла в 19 веке.Угольное масло производится путем нагревания каннельского угля с контролируемым количеством кислорода, этот процесс называется пиролизом. Угольное масло использовалось в основном в качестве топлива для уличных фонарей и другого освещения. Широкое использование керосина сократило использование каменноугольного топлива в 20 веке.

Коксующийся уголь используется в крупномасштабных промышленных процессах. Уголь коксуется, процесс нагревания породы в отсутствие кислорода. Это снижает содержание влаги и делает продукт более стабильным. Сталелитейная промышленность зависит от коксующегося угля.

Битуминозный уголь составляет почти половину всего угля, используемого для производства энергии в Соединенных Штатах. В основном его добывают в Кентукки, Пенсильвании и Западной Вирджинии. За пределами США такие страны, как Россия и Колумбия, используют битуминозный уголь для производства энергии и промышленного топлива.

Антрацит
Антрацит – уголь высшего сорта. Он имеет наибольшее количество углерода, до 97%, и поэтому содержит больше всего энергии. Он тверже, плотнее и блестяще, чем другие виды угля.Почти вся вода и двуокись углерода были вытеснены, и он не содержит мягких или волокнистых участков, присутствующих в битуминозном угле или лигните.

Поскольку антрацит — высококачественный уголь, он горит чисто, с очень небольшим количеством сажи. Он дороже других углей и редко используется на электростанциях. Вместо этого антрацит в основном используется в печах и печах.

Антрацит также используется в системах фильтрации воды. У него более мелкие поры, чем у песка, поэтому задерживается больше вредных частиц.Это делает воду более безопасной для питья, санитарии и промышленности.

Антрацит обычно можно найти в географических районах, которые подверглись особенно напряженной геологической деятельности. Например, запасы угля на плато Аллегейни в Кентукки и Западной Вирджинии простираются до подножия Аппалачей. Здесь процесс орогенеза, или горообразования, способствовал достаточно высоким температурам и давлению для создания антрацита.

Китай доминирует в добыче антрацита, на его долю приходится почти три четверти производства антрацитового угля.Другие страны-производители антрацита включают Россию, Украину, Вьетнам и США (в основном Пенсильванию).

Графит
Графит является аллотропом углерода, то есть представляет собой вещество, состоящее только из атомов углерода. (Алмаз — еще один аллотроп углерода.) Графит — заключительная стадия процесса карбонизации.

Графит хорошо проводит электричество и обычно используется в литий-ионных батареях. Графит также может выдерживать температуры до 3000 ° по Цельсию (5400 ° по Фаренгейту).Его можно использовать в таких продуктах, как огнестойкие двери и детали ракет, такие как носовые обтекатели. Однако наиболее известное использование графита, вероятно, — это карандашные «грифели».

Китай, Индия и Бразилия являются ведущими мировыми производителями графита.

Добыча угля

Уголь можно добывать из недр открытым или подземным способом. После извлечения угля его можно использовать непосредственно (для отопления и промышленных процессов) или в качестве топлива для электростанций.

Открытая добыча
Если уголь находится на глубине менее 61 метра (200 футов), его можно добывать открытым способом.

При добыче открытым способом рабочие просто удаляют любые вышележащие отложения, растительность и скальные породы, называемые вскрышными породами. С экономической точки зрения открытая добыча является более дешевым вариантом добычи угля, чем подземная. На одного рабочего в час можно добыть примерно в два с половиной раза больше угля, чем при подземной добыче.

Открытая добыча полезных ископаемых оказывает огромное воздействие на окружающую среду.Ландшафт буквально разрывается, уничтожая места обитания и целые экосистемы. Открытая добыча полезных ископаемых также может вызывать оползни и проседания (когда земля начинает проседать или проваливаться). Токсичные вещества, попадающие в воздух, водоносные горизонты и грунтовые воды, могут представлять опасность для здоровья местных жителей.

В Соединенных Штатах Закон о контроле за открытыми разработками и рекультивации от 1977 года регулирует процесс добычи угля и направлен на ограничение вредного воздействия на окружающую среду. Закон предоставляет средства для решения этих проблем и очистки заброшенных участков добычи полезных ископаемых.

Существует три основных типа открытой добычи угля: добыча открытым способом, добыча открытым способом и добыча на вершинах гор (MTR).

Открытая разработка: Открытая разработка
Открытая разработка используется там, где угольные пласты расположены очень близко к поверхности и могут быть удалены массивными пластами или полосами. Вскрышу обычно удаляют с помощью взрывчатки и отбуксируют с помощью некоторых из самых больших транспортных средств, когда-либо созданных. Самосвалы, используемые на карьерах, часто весят более 300 тонн и имеют мощность более 3000 лошадиных сил.

Открытые горные работы можно использовать как на равнинных, так и на холмистых ландшафтах. Открытая разработка в горной местности называется контурной разработкой. Контурная добыча следует по гребням или контурам вокруг холма.

Открытая разработка: открытая разработка
Открытая разработка используется, когда уголь залегает глубже под землей. Яма, иногда называемая займом, выкапывается на участке. Эта яма становится карьером, иногда называемым карьером. Карьеры могут расширяться до огромных размеров, пока не будет выработано угольное месторождение или стоимость транспортировки вскрышных пород не превысит инвестиции в шахту.

Добыча открытым способом обычно ограничивается плоскогорьем. После того, как шахта истощена, яму иногда превращают в свалку.

Открытые горные работы: MTR
Во время горных работ (MTR) вся вершина горы очищается от вскрышных пород: камней, деревьев и верхнего слоя почвы.

Вскрышу часто вывозят в близлежащие долины, за что этот процесс получил прозвище «засыпка долины». После того, как вершина очищена от растительности, для обнажения угольного пласта используется взрывчатка.

После того, как уголь извлечен, вершина лепится из вскрыши со следующей горной вершины, которую предстоит добывать. По закону ценный верхний слой почвы должен быть сохранен и заменен после завершения добычи. Бесплодную землю можно засадить деревьями и другой растительностью.

Удаление горных вершин началось в 1970-х годах как дешевая альтернатива подземной добыче полезных ископаемых. В настоящее время он используется для добычи угля в основном в Аппалачах в США, в штатах, включая Вирджинию, Западную Вирджинию, Теннесси и Кентукки.

MTR, пожалуй, самый противоречивый метод добычи угля. Последствия для окружающей среды радикальны и серьезны. Водные пути перекрыты или загрязнены засыпкой долины. Места обитания разрушены. Токсичные побочные продукты добычи полезных ископаемых и взрывных работ могут попадать в местные водоемы и загрязнять воздух.

Подземная добыча
Большая часть мировых запасов угля находится глубоко под землей. Подземная добыча, иногда называемая глубокой добычей, представляет собой процесс, при котором уголь добывается глубоко под поверхностью Земли, иногда на глубине до 300 метров (1000 футов).Шахтеры спускаются на лифте по стволу шахты, чтобы добраться до глубины шахты, и управляют тяжелой техникой, которая извлекает уголь и перемещает его над землей.

Непосредственное воздействие подземной добычи на окружающую среду кажется менее значительным, чем наземная разработка. Вскрышных пород мало, но при подземных горных работах остаются значительные хвосты. Хвосты представляют собой часто токсичные остатки, оставшиеся после процесса отделения угля от пустой породы или экономически неважных полезных ископаемых. Токсичные угольные хвосты могут загрязнять местные источники воды.

Для шахтеров подземная добыча опасна. Подземные взрывы, удушье от нехватки кислорода или воздействие ядовитых газов — вполне реальная угроза.

Чтобы предотвратить накопление газов, метан должен постоянно удаляться из подземных шахт, чтобы обеспечить безопасность горняков. В 2009 г. около 10% выбросов метана в США приходилось на вентиляцию подземных шахт; 2% приходится на добычу открытым способом.

Существует три основных типа подземной добычи угля: разработка длинными забоями, камерно-столбовая разработка и отход.

Подземная добыча: разработка длинными забоями
При разработке длинными забоями горняки срезают огромные пласты угля толщиной около 1 метра (3 фута), длиной 3-4 километра (2-2,5 мили) и 250-400 метров ( 800-1300 футов) в ширину. Панели перемещаются конвейерной лентой обратно на поверхность.

Крыша шахты поддерживается гидравлическими опорами, известными как колодки. По мере продвижения мины продвигаются и клинья. Область за клиньями обрушивается.

Разработка длинными забоями является одним из старейших методов добычи угля.До широкого использования конвейерных лент пони спускались по глубоким узким каналам и вытаскивали уголь обратно на поверхность.

Сегодня почти треть американских угольных шахт используют разработку длинными забоями. За пределами США этот показатель еще выше. В Китае, крупнейшем в мире производителе угля, более 85% угля добывается лавовым способом.

Подземная добыча: камерно-столбовая
При камерно-столбовой добыче горняки вырезают «комнату» из угля.Колонны (столбы) из угля поддерживают перекрытие и вскрышные породы. Комнаты имеют ширину около 9 метров (30 футов), а опорные столбы могут быть шириной 30 метров (100 футов).

Существует два типа камерно-столбовой разработки: традиционная и непрерывная. В обычной добыче полезных ископаемых используются взрывчатые вещества и режущие инструменты. При непрерывной добыче уголь извлекается сложной машиной, называемой комбайном непрерывного действия.

В США в большинстве камерно-столбовых горных работ используется комбайн непрерывного действия. В развивающихся странах камерно-столбовые угольные шахты используют традиционный метод.

Подземная добыча: отступная добыча
Отступная добыча — это разновидность камерно-столбовой разработки. Когда весь доступный уголь извлечен из комнаты, горняки покидают комнату, осторожно разрушают столбы и позволяют обрушиться потолку. Остатки гигантских столбов дают еще больше угля.

Отступная добыча может быть самым опасным методом добычи. На оставшиеся столбы оказывается большая нагрузка, и если их не вытащить в точном порядке, они могут рухнуть и запереть горняков под землей.

Как мы используем уголь

Люди во всем мире используют уголь для обогрева своих домов и приготовления пищи на протяжении тысячелетий. Уголь использовался в Римской империи для обогрева общественных бань. В Империи ацтеков блестящий камень использовался не только в качестве топлива, но и для украшений.

Промышленная революция питалась углем. Это была более дешевая альтернатива древесному топливу, и при сжигании производилось больше энергии. Уголь обеспечивал пар и энергию, необходимые для массового производства предметов, выработки электроэнергии и топлива для пароходов и поездов, которые были необходимы для перевозки предметов для торговли.Большинство шахт или угольных шахт времен промышленной революции находились в северной Англии, где в начале 18 века добывалось более 80% угля.

Сегодня уголь по-прежнему используется напрямую (отопление) и косвенно (производство электроэнергии). Уголь также необходим для сталелитейной промышленности.

Топливо
Во всем мире уголь в основном используется для производства тепла. Это основной источник энергии для большинства развивающихся стран, и в 2011 году мировое потребление увеличилось более чем на 30%.

Уголь можно сжигать в отдельных домохозяйствах или в огромных промышленных печах. Он производит тепло для комфорта и стабильности, а также нагревает воду для санитарии и здоровья.

Электроэнергия
Электростанции, работающие на угле, являются одним из самых популярных способов производства и распределения электроэнергии. На угольных электростанциях уголь сжигается и нагревает воду в огромных котлах. Кипящая вода создает пар, который вращает турбину и активирует генератор для производства электроэнергии.

Почти вся электроэнергия в ЮАР (около 93%) вырабатывается за счет угля. Польша, Китай, Австралия и Казахстан — другие страны, использующие уголь для производства электроэнергии. В Соединенных Штатах около 45% электроэнергии в стране вырабатывается за счет угля.

Кокс
Уголь играет жизненно важную роль в сталелитейной промышленности. Чтобы произвести сталь, железную руду необходимо нагреть, чтобы отделить железо от других минералов в породе. В прошлом для нагревания и разделения руды использовался сам уголь.Однако при нагревании уголь выделяет примеси, такие как сера, что может сделать полученный металл слабым.

Еще в 9 веке химики и инженеры открыли способ удаления этих примесей из угля перед его сжиганием. Уголь запекается в печи в течение примерно 12–36 часов при температуре примерно 1000–1100 °C (1800–2000 °F). Это отгоняет примеси, такие как угольный газ, окись углерода, метан, смолы и нефть. Полученный материал — уголь с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода — представляет собой кокс.Метод называется коксованием.

Кокс сжигают в доменной печи с железной рудой и воздухом при температуре около 1200 °C (2200 °F). Горячий воздух воспламеняет кокс, а кокс плавит железо и отделяет примеси. В результате получается сталь. Кокс обеспечивает тепловые и химические свойства, которые придают стали прочность и гибкость, необходимые для строительства мостов, небоскребов, аэропортов и автомобилей.

Многие крупнейшие производители угля в мире (США, Китай, Россия, Индия) также входят в число крупнейших производителей стали.Япония, еще один лидер сталелитейной промышленности, не имеет значительных запасов угля. Это один из крупнейших импортеров угля в мире.

Синтетические продукты
Газы, выделяющиеся в процессе коксования, могут использоваться в качестве источника энергии. Угольный газ можно использовать для обогрева и освещения. Уголь также можно использовать для производства синтез-газа, комбинации водорода и монооксида углерода. Сингаз можно использовать в качестве транспортного топлива, аналогичного нефти или дизельному топливу.

Кроме того, побочные продукты угля и кокса могут использоваться для производства синтетических материалов, таких как смола, удобрения и пластмассы.

Уголь и выбросы углерода

При сжигании угля выделяются газы и твердые частицы, вредные для окружающей среды. Углекислый газ является основным выбросом.

Углекислый газ является неотъемлемой частью атмосферы нашей планеты. Его называют парниковым газом, потому что он поглощает и сохраняет тепло в атмосфере и поддерживает на нашей планете температуру, пригодную для жизни. В естественном углеродном цикле углерод и углекислый газ постоянно циркулируют между землей, океаном, атмосферой и всеми живыми и разлагающимися организмами.Углерод также изолируется или хранится под землей. Это удерживает углеродный цикл в равновесии.

Однако при добыче и сжигании угля и других видов ископаемого топлива в атмосферу высвобождается секвестрированный углерод, что приводит к накоплению парниковых газов и отрицательно влияет на климат и экосистемы.

В 2011 году около 43% электроэнергии в США производилось за счет сжигания угля. Однако на добычу угля приходилось 79% выбросов углерода в стране.

Другие токсичные выбросы
Двуокись серы и оксиды азота также выделяются при сжигании угля.Они способствуют кислотным дождям, смогу и респираторным заболеваниям.

Ртуть выбрасывается при сжигании угля. В атмосфере ртуть обычно не представляет опасности. Однако в воде ртуть превращается в метилртуть, которая токсична и может накапливаться в рыбе и организмах, потребляющих рыбу, включая людей.

Летучая зола (которая уносится вместе с другими газами при сжигании угля) и зольный остаток (который не улетучивается) также выделяются при сжигании угля. В зависимости от состава угля эти частицы могут содержать токсичные элементы и раздражители, такие как кадмий, диоксид кремния, мышьяк и оксид кальция.

В США летучая зола должна улавливаться промышленными «скрубберами», чтобы предотвратить ее загрязнение атмосферы. К сожалению, летучая зола часто хранится на свалках или электростанциях и может стекать в грунтовые воды. В ответ на эту опасность для окружающей среды летучая зола используется в качестве компонента бетона, тем самым изолируя его от окружающей среды.

Многие страны не регулируют угольную промышленность так строго, как США, а выбросы загрязняют воздух и воду.

Угольные пожары
При соответствующих условиях тепла, давления и вентиляции угольные пласты могут самовозгораться и гореть под землей. Молнии и лесные пожары также могут воспламенить открытый участок угольного пласта, и тлеющий огонь может распространиться вдоль пласта.

Угольные пожары выбрасывают в атмосферу тонны парниковых газов. Даже если поверхностный пожар потушен, уголь может тлеть годами, прежде чем вспыхнуть и снова вызвать лесной пожар.

Угольные пожары также могут начаться в шахтах в результате взрыва.Угольные пожары в Китае, многие из которых возникли в результате взрывов, используемых в процессе добычи, могут составлять 1% мировых выбросов углерода. В США заброшенные шахты чаще загораются, если мусор сжигают на близлежащих свалках.

Когда уголь загорается и начинает тлеть, его чрезвычайно трудно потушить. В Австралии угольный пожар на «Пылающей горе» горит уже 5500 лет!

Преимущества и недостатки

Преимущества
Уголь является важной частью мирового энергетического бюджета.Найти и извлечь его относительно недорого, и его можно найти по всему миру. В отличие от многих возобновляемых ресурсов (таких как солнечная энергия или ветер), добыча угля не зависит от погоды. Это базовое топливо, то есть его можно производить 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году.

Мы используем и зависим от многих вещей, которые дает уголь, таких как тепло и электричество для питания наших домов, школ, больниц и промышленных предприятий. Сталь, необходимая для строительства мостов и других зданий, практически полностью зависит от производства кокса.

Побочные продукты угля, такие как синтетический газ, могут использоваться для производства топлива для транспорта.

Добыча угля также обеспечивает экономическую стабильность для миллионов людей во всем мире. Угольная промышленность опирается на людей с широким спектром знаний, навыков и способностей. Работа, связанная с углем, включает геологов, горняков, инженеров, химиков, географов и руководителей. Угольная промышленность является критически важной отраслью как для развитых, так и для развивающихся стран.

Недостатки
Уголь является невозобновляемым источником энергии.На его формирование ушли миллионы лет, и на нашей планете его существует конечное количество. Хотя на данный момент это стабильный и надежный источник энергии, он не будет доступен вечно.

Горнодобывающая промышленность — одна из самых опасных профессий в мире. Опасности для здоровья подземных горняков включают респираторные заболевания, такие как «черное легкое», при котором угольная пыль накапливается в легких. Помимо болезней, тысячи горняков ежегодно гибнут в результате взрывов шахт, обвалов и других несчастных случаев.
 
Сжигание угля для получения энергии приводит к выбросу токсинов и парниковых газов, таких как двуокись углерода. Они оказывают непосредственное влияние на местное качество воздуха и способствуют глобальному потеплению, текущему периоду изменения климата.

Добыча полезных ископаемых навсегда изменяет ландшафт. При сносе горных вершин стирается сам ландшафт и разрушаются экосистемы. Это увеличивает эрозию в этом районе. Наводнения и другие стихийные бедствия подвергают эти районы большой опасности.

Добыча угля может повлиять на местное водоснабжение несколькими способами.Потоки могут быть заблокированы, что увеличивает вероятность флуда. Токсины часто попадают в грунтовые воды, ручьи и водоносные горизонты.

Уголь — один из самых противоречивых источников энергии в мире. Преимущества добычи угля экономически и социально значимы. Однако добыча полезных ископаемых опустошает окружающую среду: воздух, землю и воду.

Нефть | Национальное географическое общество

Миллионы лет назад в мелководных морях жили водоросли и растения. Отмерев и опустившись на морское дно, органический материал смешался с другими отложениями и был погребен.За миллионы лет под высоким давлением и высокой температурой остатки этих организмов превратились в то, что мы сегодня знаем как ископаемое топливо. Уголь, природный газ и нефть — это ископаемое топливо, образовавшееся в сходных условиях.

Сегодня нефть добывают в обширных подземных резервуарах, где находились древние моря. Нефтяные резервуары можно найти под землей или на дне океана. Их сырая нефть добывается с помощью гигантских буровых машин.

Сырая нефть обычно имеет черный или темно-коричневый цвет, но также может быть желтоватой, красноватой, желтовато-коричневой или даже зеленоватой.Различия в цвете указывают на различные химические составы различных запасов сырой нефти. Например, нефть с небольшим содержанием металлов или серы имеет тенденцию быть более легкой (иногда почти прозрачной).

Нефть используется для производства бензина, важного продукта в нашей повседневной жизни. Он также обрабатывается и входит в состав тысяч различных предметов, включая шины, холодильники, спасательные жилеты и анестетики.

Когда нефтепродукты, такие как бензин, сжигаются для получения энергии, они выделяют токсичные газы и большое количество углекислого газа – парникового газа.Углерод помогает регулировать температуру атмосферы Земли, а добавление к естественному балансу за счет сжигания ископаемого топлива неблагоприятно влияет на наш климат.

Под поверхностью Земли и в смоляных карьерах, которые пузырятся на поверхности, находятся огромные количества нефти. Нефть существует даже намного ниже самых глубоких скважин, разработанных для ее добычи.

Однако нефть, как и уголь и природный газ, является невозобновляемым источником энергии. На его формирование ушли миллионы лет, и когда он будет извлечен и потреблен, мы не сможем его заменить.

Запасы масла закончатся. В конце концов, мир достигнет «пика нефти» или наивысшего уровня добычи. Некоторые эксперты предсказывают, что пик нефти может наступить уже в 2050 году. Поиск альтернатив нефти имеет решающее значение для глобального использования энергии и находится в центре внимания многих отраслей.

Образование нефти

Геологические условия, которые в конечном итоге привели к образованию нефти, сформировались миллионы лет назад, когда растения, водоросли и планктон дрейфовали в океанах и мелководных морях.Эти организмы опустились на морское дно в конце своего жизненного цикла. Со временем они были погребены и раздавлены миллионами тонн наносов и еще большим слоем растительных остатков.

Со временем древние моря высохли, и остались сухие бассейны, называемые осадочными бассейнами. Глубоко под дном бассейна органический материал был сжат между земной мантией при очень высоких температурах и миллионами тонн горных пород и отложений наверху. Кислород в этих условиях почти полностью отсутствовал, а органическое вещество начало превращаться в воскообразное вещество, называемое керогеном.

При большем нагреве, времени и давлении кероген прошел процесс, называемый катагенезом, и превратился в углеводороды. Углеводороды — это просто химические вещества, состоящие из водорода и углерода. Различные комбинации тепла и давления могут создавать различные формы углеводородов. Некоторые другие примеры: уголь, торф и природный газ.

Осадочные бассейны, где раньше лежало древнее морское дно, являются ключевыми источниками нефти. В Африке осадочный бассейн дельты Нигера охватывает земли Нигерии, Камеруна и Экваториальной Гвинеи.В огромном бассейне дельты Нигера было обнаружено более 500 нефтяных месторождений, и они составляют одно из самых продуктивных нефтяных месторождений в Африке.

Химия и классификация сырой нефти

Бензин, который мы используем для заправки наших автомобилей, синтетические ткани для наших рюкзаков и обуви, а также тысячи различных полезных продуктов, изготовленных из нефти, имеют стабильные и надежные формы. Однако сырая нефть, из которой производятся эти предметы, не является ни последовательной, ни однородной.

Химия
Сырая нефть состоит из углеводородов, в основном водорода (около 13% по весу) и углерода (около 85%). Другие элементы, такие как азот (около 0,5%), сера (0,5%), кислород (1%) и металлы, такие как железо, никель и медь (менее 0,1%), также могут быть смешаны с углеводородами в небольших количествах. .
То, как молекулы углеводородов организованы, является результатом первоначального состава водорослей, растений или планктона, существовавшего миллионы лет назад.Количество тепла и давления, которым подвергались растения, также вносят свой вклад в изменения, которые обнаруживаются в углеводородах и сырой нефти.

Из-за этой вариации сырая нефть, выкачиваемая из-под земли, может состоять из сотен различных нефтяных соединений. Легкие нефти могут содержать до 97% углеводородов, в то время как более тяжелые нефти и битумы могут содержать только 50% углеводородов и большее количество других элементов. Почти всегда необходимо перерабатывать сырую нефть, чтобы производить полезные продукты.

Классификация
Нефть классифицируется по трем основным категориям: место добычи, содержание серы и плотность по API (мера плотности).

Классификация: География
Нефть добывается во всем мире. Тем не менее, есть три основных источника сырой нефти, которые определяют ориентиры для ранжирования и ценообразования других поставок нефти: сырая нефть марки Brent, нефть West Texas Intermediate, а также Дубай и Оман.

Нефть марки Brent представляет собой смесь, добываемую на 15 различных нефтяных месторождениях между Шотландией и Норвегией в Северном море.Эти месторождения снабжают нефтью большую часть Европы.

West Texas Intermediate (WTI) — это более легкая нефть, которая производится в основном в американском штате Техас. Он «сладкий» и «легкий» — считается очень качественным. WTI снабжает нефтью большую часть Северной Америки.

Дубайская нефть, также известная как Фатех или Дубайско-Оманская нефть, представляет собой легкую высокосернистую нефть, добываемую в Дубае, части Объединенных Арабских Эмиратов. Соседняя страна Оман недавно начала добычу нефти. Сырая нефть Дубая и Омана используется в качестве ориентира для ценообразования на нефть Персидского залива, которая в основном экспортируется в Азию.

Эталонная корзина ОПЕК — еще один важный источник нефти. ОПЕК — это Организация стран-экспортеров нефти. Эталонная корзина ОПЕК представляет собой среднюю цену на нефть из 12 стран-членов ОПЕК: Алжира, Анголы, Эквадора, Ирана, Ирака, Кувейта, Ливии, Нигерии, Катара, Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратов и Венесуэлы.

Классификация: Содержание серы
Сера считается «примесью» в нефти. Сера в сырой нефти может вызывать коррозию металла в процессе очистки и способствовать загрязнению воздуха.Нефть с содержанием серы более 0,5 % называется «кислой», а нефть с содержанием серы менее 0,5 % — «сладкой».

Сладкое масло обычно намного ценнее кислого, потому что оно не требует такой глубокой очистки и менее вредно для окружающей среды.

Классификация: API Gravity
Американский институт нефти (API) является торговой ассоциацией предприятий нефтяной и газовой промышленности. API установил общепринятые системы стандартов для различных продуктов, связанных с нефтью и газом, таких как манометры, насосы и буровое оборудование.API также установил несколько единиц измерения. Например, «блок API» измеряет гамма-излучение в скважине (стволе, пробуренном в земле).

Плотность в градусах API — это мера плотности нефтяной жидкости по сравнению с водой. Если плотность нефтяной жидкости в API больше 10, она «легкая» и плавает на поверхности воды. Если плотность в градусах API меньше 10, он «тяжелый» и тонет в воде.

Легкие нефти предпочтительнее, поскольку они имеют более высокий выход углеводородов.Более тяжелые масла имеют более высокие концентрации металлов и серы и требуют большей очистки.

Нефтяные резервуары

Нефть находится в подземных карманах, называемых резервуарами. Глубоко под землей давление чрезвычайно велико. Нефть медленно просачивается к поверхности, где давление ниже. Он продолжает это движение от высокого к низкому давлению, пока не наткнется на непроницаемый слой горной породы. Затем нефть собирается в резервуарах, которые могут находиться на глубине нескольких сотен метров от поверхности Земли.

Нефть может содержаться структурными ловушками, которые образуются, когда массивные слои горных пород изгибаются или отламываются (сломаются) от движущихся массивов суши Земли. Нефть также может содержаться стратиграфическими ловушками. Различные пласты или слои горных пород могут иметь разную степень пористости. Например, сырая нефть легко мигрирует сквозь слой песчаника, но будет задерживаться под слоем сланца.

Геологи, химики и инженеры ищут геологические структуры, которые обычно содержат нефть.Они используют процесс, называемый «сейсмическим отражением», для обнаружения подземных горных пород, которые могли удерживать сырую нефть. В процессе происходит небольшой взрыв. Звуковые волны распространяются под землей, отражаются от различных типов пород и возвращаются на поверхность. Датчики на земле интерпретируют возвращающиеся звуковые волны, чтобы определить подземную геологическую структуру и возможность наличия нефтяного резервуара.

Количество нефти в резервуаре измеряется в баррелях или тоннах.Нефтяной баррель составляет около 42 галлонов. Это измерение обычно используется производителями нефти в Соединенных Штатах. Производители нефти в Европе и Азии, как правило, используют метрические тонны. В метрической тонне содержится от 6 до 8 баррелей нефти. Преобразование неточно, потому что разные сорта масла весят разное количество, в зависимости от количества примесей.

Сырая нефть часто находится в резервуарах вместе с природным газом. В прошлом природный газ либо сжигали, либо выпускали в атмосферу.В настоящее время разработана технология улавливания природного газа и его повторной закачки в скважину или сжатия в сжиженный природный газ (СПГ). СПГ легко транспортируется и имеет универсальное применение.

Добыча нефти  

В некоторых местах нефтяные пузыри выходят на поверхность Земли. В некоторых частях Саудовской Аравии и Ирака, например, пористая порода позволяет нефти просачиваться на поверхность в небольших прудах. Однако большая часть нефти находится в подземных нефтяных резервуарах.

Общее количество нефти в резервуаре называется пластовой нефтью.Многие нефтяные жидкости, составляющие пластовую нефть пласта, не поддаются извлечению. Эти нефтяные жидкости могут быть слишком сложными, опасными или дорогими для бурения.

Та часть пластовой нефти, которая может быть извлечена и переработана, представляет собой запасы нефти этого резервуара. Решение об инвестировании в комплексные буровые работы часто принимается на основе доказанных запасов нефти на участке.

Бурение может быть разведочным, разведочным или направленным.

Бурение в районе, где уже обнаружены запасы нефти, называется эксплуатационным бурением.Прудхо-Бей, Аляска, имеет самые большие запасы нефти в Соединенных Штатах. Эксплуатационное бурение в Прадхо-Бей включает новые скважины и расширение технологии добычи.

Бурение в условиях отсутствия известных запасов называется разведочным бурением. Разведочное бурение, также называемое «диким бурением», является рискованным делом с очень высокой частотой неудач. Тем не менее, потенциальные выгоды от добычи нефти соблазняют многих «диких охотников» попытаться провести разведочное бурение. «Алмазный» Гленн Маккарти, например, известен как «Король диких охотников» из-за его успеха в обнаружении огромных запасов нефти недалеко от Хьюстона, штат Техас.Маккарти 38 раз добывал нефть в 1930-х годах, заработав миллионы долларов.

Направленное бурение включает вертикальное бурение до известного источника нефти с последующим поворотом бурового долота под углом для доступа к дополнительным ресурсам. Обвинения в наклонно-направленном бурении привели к первой войне в Персидском заливе в 1991 году. Ирак обвинил Кувейт в использовании методов наклонно-направленного бурения для добычи нефти из иракских нефтяных резервуаров недалеко от границы с Кувейтом. Впоследствии Ирак вторгся в Кувейт, что привлекло международное внимание и вмешательство.После войны граница между Ираком и Кувейтом была изменена, и теперь водохранилища принадлежат Кувейту.

Нефтяные вышки

На суше нефть можно добывать с помощью устройства, называемого нефтяной вышкой или буровой установкой. На море нефть добывают с нефтяной платформы.

Первичная добыча
В большинстве современных скважин используется пневматическая роторная буровая установка, которая может работать 24 часа в сутки. В этом процессе двигатели приводят в действие буровое долото. Сверло – это режущий инструмент, используемый для создания круглого отверстия.Буровые долота, используемые в пневматических вращательных буровых установках, представляют собой полые стальные стержни с вольфрамовыми стержнями, которые используются для резки породы. Нефтяные буровые долота могут иметь диаметр 36 сантиметров (14 дюймов).

По мере того как буровое долото вращается и прорезает землю, откалываются небольшие куски породы. Мощный поток воздуха нагнетается в центр полого сверла и выходит через дно сверла. Затем воздух устремляется обратно к поверхности, унося с собой крошечные куски камня. Геологи на месте могут изучить эти куски измельченной породы, чтобы определить различные пласты горных пород, с которыми сталкивается бур.

Когда бур наталкивается на нефть, часть нефти естественным образом поднимается из-под земли, перемещаясь из области высокого давления в область низкого давления. Этот немедленный выброс нефти может быть «фонтанным фонтаном», выстреливающим в воздух на десятки метров, что является одним из самых драматичных действий по добыче. Он также является одним из самых опасных, и часть оборудования, называемая противовыбросовым превентором, перераспределяет давление, чтобы остановить такой фонтан.

Насосы используются для добычи нефти. Большинство нефтяных вышек имеют два комплекта насосов: буровые насосы и откачивающие насосы.«Грязь» — это буровой раствор, используемый для создания скважин для добычи нефти и природного газа. Буровые насосы обеспечивают циркуляцию бурового раствора.

В нефтяной промышленности используется широкий спектр экстракционных насосов. Какой насос использовать, зависит от географии, качества и положения нефтяного резервуара. Погружные насосы, например, погружаются непосредственно в жидкость. Газовый насос, также называемый пузырьковым насосом, использует сжатый воздух для выталкивания нефти на поверхность или в скважину.

Одним из наиболее известных типов экстракционных насосов является насосный станок, верхняя часть поршневого насоса.Насосных насосов прозвали «жаждущими птицами» или «кивающими ослами» за их контролируемое, регулярное ныряние. Рукоятка перемещает большую насосную установку в форме молота вверх и вниз. Глубоко под поверхностью движение насосной станции перемещает полый поршень вверх и вниз, постоянно вынося нефть обратно на поверхность или в скважину.

Успешные буровые установки могут добывать нефть в течение примерно 30 лет, хотя некоторые добывают ее в течение многих десятилетий.

Вторичная добыча
Даже после откачки подавляющая часть (до 90%) нефти может оставаться в подземном резервуаре.Для извлечения этой нефти необходимы другие методы, процесс, называемый вторичным извлечением. В 1800-х и начале 20-го века применялся метод вакуумирования лишней нефти, но он улавливал только более тонкие компоненты нефти и оставлял после себя большие запасы тяжелой нефти.

Затопление водой было обнаружено случайно. В 1870-х годах производители нефти в Пенсильвании заметили, что заброшенные нефтяные скважины накапливают дождевую и грунтовую воду. Вес воды в скважинах вытеснил нефть из резервуаров в близлежащие скважины, увеличив их добычу.Вскоре производители нефти начали намеренно затапливать скважины, чтобы добыть больше нефти.

В настоящее время наиболее распространенным методом вторичной добычи является газовый привод. Во время этого процесса скважина намеренно бурится глубже нефтяного пласта. Более глубокая скважина достигает резервуара с природным газом, и газ под высоким давлением поднимается вверх, вытесняя нефть из резервуара.

Нефтяные платформы

Бурение на море намного дороже, чем на суше. Обычно здесь используются те же методы бурения, что и на суше, но требуется массивная конструкция, способная выдержать огромную силу океанских волн в бурном море.

Морские буровые платформы являются одними из крупнейших искусственных сооружений в мире. Они часто включают в себя жилые помещения для людей, работающих на платформе, а также причалы и вертолетную площадку для перевозки рабочих.

Платформа может быть привязана ко дну океана и плавать или может представлять собой жесткую конструкцию, прикрепленную ко дну океана, моря или озера с помощью бетонных или стальных опор.

Платформа Hibernia, расположенная в 315 километрах (196 миль) от восточного побережья Канады в северной части Атлантического океана, является одной из крупнейших в мире нефтяных платформ.На платформе работают более 70 человек в трехнедельные смены. Платформа имеет высоту 111 метров (364 фута) и закреплена на дне океана. Для придания дополнительной устойчивости было добавлено около 450 000 тонн твердого балласта. Платформа может хранить до 1,3 млн баррелей нефти. Всего Hibernia весит 1,2 миллиона тонн! Однако платформа по-прежнему уязвима для сокрушительного веса и силы айсбергов. Его края зубчатые и острые, чтобы противостоять ударам морского льда или айсбергов.

Нефтяные платформы могут стать причиной огромных экологических катастроф.Проблемы с буровым оборудованием могут привести к выбросу нефти из скважины в океан. Ремонт скважины на глубине сотен метров под океаном — дело чрезвычайно сложное, дорогое и медленное. Миллионы баррелей нефти могут вылиться в океан до того, как скважина будет закупорена.
 
Когда нефть разливается в океане, она плавает по воде и наносит ущерб популяции животных. Одно из его самых разрушительных последствий для птиц. Нефть разрушает гидроизоляционные свойства перьев, и птицы не защищены от холодной океанской воды.Тысячи могут умереть от переохлаждения. Рыбам и морским млекопитающим также угрожают разливы нефти. Темные тени, отбрасываемые разливами нефти, могут выглядеть как еда. Нефть может повредить внутренние органы животных и быть еще более токсичной для животных, находящихся выше в пищевой цепочке. Этот процесс называется биоаккумуляцией.

Массивная нефтяная платформа в Мексиканском заливе, Deepwater Horizon , взорвалась в 2010 году. Это был крупнейший аварийный разлив нефти в море в истории. Одиннадцать рабочих платформы погибли, а в Мексиканский залив вылилось более 4 миллионов баррелей нефти.Ежедневно в океан утекало более 40 000 баррелей. Восемь национальных парков оказались под угрозой, экономика общин вдоль побережья Мексиканского залива оказалась под угрозой, поскольку туризм и рыболовство пришли в упадок, и более 6000 животных погибли.

Буровые установки для рифов
Морские нефтяные платформы также могут выступать в качестве искусственных рифов. Они обеспечивают поверхность (субстрат) для водорослей, кораллов, устриц и ракушек. Этот искусственный риф может привлечь рыбу и морских млекопитающих и создать процветающую экосистему.

До 1980-х годов нефтяные платформы разбирали и вывозили из океанов, а металл продавали как лом. В 1986 году Национальная ассоциация морского рыболовства разработала программу «Установки к рифам». Сейчас нефтяные платформы либо опрокидываются (путем подводного взрыва), либо вывозятся и буксируются на новое место, либо частично разбираются. Это позволяет морской жизни продолжать процветать на искусственном рифе, который десятилетиями обеспечивал среду обитания.

Воздействие программы Rigs-to-Reefs на окружающую среду все еще изучается.Нефтяные платформы, оставленные под водой, могут представлять опасность для кораблей и водолазов. Рыбацкие лодки запутались в платформах, и есть опасения по поводу правил безопасности заброшенных сооружений.

Экологи утверждают, что нефтяные компании должны нести ответственность за обязательства, о которых они изначально договорились, а именно о восстановлении морского дна до его первоначального состояния. Оставляя платформы в океане, нефтяные компании освобождаются от выполнения этого соглашения, и есть опасения, что это может создать прецедент для других компаний, которые хотят утилизировать свой металл или оборудование в океанах.

Нефть и окружающая среда: битум и бореальные леса

Сырая нефть не всегда должна добываться путем глубокого бурения. Если он не сталкивается с каменистыми препятствиями под землей, он может просачиваться на поверхность и пузыриться над землей. Битум — это форма нефти, которая имеет черный цвет, чрезвычайно липкая и иногда поднимается на поверхность Земли.

В своем естественном состоянии битум обычно смешивается с «нефтяными песками» или «битуминозными песками», что делает его чрезвычайно трудным для добычи и является нетрадиционным источником нефти.Только около 20% мировых запасов битума находятся на поверхности земли и могут быть добыты открытым способом.

К сожалению, из-за того, что битум содержит большое количество серы и тяжелых металлов, его добыча и переработка являются дорогостоящими и вредными для окружающей среды. Производство битума в полезные продукты приводит к выбросам углерода на 12% больше, чем при переработке обычной нефти.

Битум имеет консистенцию холодной патоки, и для его извлечения в скважину необходимо закачивать мощный горячий пар, чтобы расплавить битум.Затем для отделения битума от песка и глины используется большое количество воды. Этот процесс истощает близлежащие запасы воды. Сброс очищенной воды обратно в окружающую среду может привести к дальнейшему загрязнению оставшейся воды.

Переработка битума из битуминозных песков также является сложной и дорогостоящей процедурой. Для производства одного барреля нефти требуется две тонны нефтеносных песков.

Однако мы зависим от битума из-за его уникальных свойств: около 85% добываемого битума используется для производства асфальта для мощения и ремонта наших дорог.Небольшой процент используется для кровли и других продуктов.

Запасы битума
Большая часть мировых битуминозных песков находится в восточной части Альберты, Канада, в нефтеносных песках Атабаски. Другие крупные запасы находятся в Северо-Каспийском бассейне Казахстана и Сибири, Россия.

Нефтяные пески Атабаски являются четвертыми по величине запасами нефти в мире. К сожалению, запасы битума находятся под частью бореального леса, называемого также тайгой. Это делает добычу как сложной, так и экологически опасной.

Тайга окружает Северное полушарие чуть ниже замерзшей тундры, занимая более 5 миллионов квадратных километров (2 миллиона квадратных миль), в основном в Канаде, России и Скандинавии. На его долю приходится почти треть всей покрытой лесом земли на планете.

Тайгу иногда называют «легкими планеты», потому что она каждый день фильтрует тонны воды и кислорода через листья и хвою своих деревьев. Каждую весну бореальные леса выделяют в атмосферу огромное количество кислорода и сохраняют наш воздух чистым.Это дом для мозаики растительной и животной жизни, все из которых зависят от взрослых деревьев, мхов и лишайников бореального биома.

Наземные мины, по оценкам, занимают лишь 0,2% бореальных лесов Канады. Около 80 % нефтеносных песков Канады можно добыть с помощью бурения, а 20 % — с помощью открытых горных работ.

Переработка нефти

Переработка нефти — это процесс преобразования сырой нефти или битума в более полезные продукты, такие как топливо или битум.

Нефть выходит из-под земли с примесями, от серы до песка.Эти компоненты должны быть разделены. Это делается путем нагревания сырой нефти в дистилляционной колонне, в которой есть тарелки и температуры, установленные на разных уровнях. Углеводороды и металлы нефти имеют разные температуры кипения, и когда нефть нагревается, пары различных элементов поднимаются на разные уровни колонны, прежде чем снова конденсироваться в жидкость на многоуровневых тарелках.

Пропан, керосин и другие компоненты конденсируются на разных ярусах башни и могут собираться по отдельности.Их транспортируют по трубопроводу, океанскими судами и грузовиками в разные места для непосредственного использования или дальнейшей обработки.

Нефтяная промышленность

Нефть не всегда добывалась, очищалась и использовалась миллионами людей, как сегодня. Тем не менее, он всегда был важной частью многих культур.

Самые ранние известные нефтяные скважины были пробурены в Китае еще в 350 г. н.э. Скважины были пробурены на глубину почти 244 метра (800 футов) с использованием прочных бамбуковых долот.Нефть добывалась и транспортировалась по бамбуковым трубопроводам. Его сжигали как топливо для отопления и промышленный компонент. Китайские инженеры сжигали нефть для выпаривания рассола и получения соли.

На западном побережье Северной Америки коренные народы использовали битум в качестве клея для водонепроницаемости каноэ и корзин, а также в качестве связующего для создания церемониальных украшений и инструментов.

К 7 веку японские инженеры обнаружили, что нефть можно сжигать для получения света. Позже персидский алхимик в 9 веке перегнал нефть в керосин.В течение 1800-х годов нефть постепенно заменила китовый жир в керосиновых лампах, что привело к резкому сокращению охоты на китов.

Современная нефтяная промышленность зародилась в 1850-х годах. Первая скважина была пробурена в Польше в 1853 году, а технология распространилась в другие страны и усовершенствовалась.

 Промышленная революция открыла новые широкие возможности для использования нефти. Машины, приводимые в действие паровыми двигателями, быстро стали слишком медленными, мелкосерийными и дорогими. Топливо на нефтяной основе было востребовано.Изобретение серийного автомобиля в начале 20 века еще больше увеличило спрос на нефть.

Добыча нефти быстро растет. В 1859 году в США было добыто 2000 баррелей нефти. К 1906 году это число составляло 126 миллионов баррелей в год. Сегодня США ежегодно добывают около 6,8 млрд баррелей нефти.

По данным ОПЕК, ежедневно в мире производится более 70 миллионов баррелей. Это почти 49 000 баррелей в минуту.

Хотя это кажется невероятно большим количеством, использование нефти расширилось почти во всех сферах жизни.Нефть облегчает нашу жизнь во многих отношениях. Во многих странах, в том числе в США, нефтяная промышленность обеспечивает миллионы рабочих мест, от геодезистов и рабочих платформ до геологов и инженеров.

Соединенные Штаты потребляют больше нефти, чем любая другая страна. В 2011 году США ежедневно потребляли более 19 миллионов баррелей нефти. Это больше, чем вся нефть, потребляемая в Латинской Америке (8,5 млн) и Восточной Европе и Евразии (5,5 млн) вместе взятых.

Нефть входит в состав тысяч предметов повседневного обихода.Бензин, от которого мы ездим в школу, на работу или в отпуск, поступает из сырой нефти. Баррель нефти производит около 72 литров (19 галлонов) бензина и используется людьми во всем мире для питания автомобилей, лодок, реактивных самолетов и скутеров.

Дизельные генераторы используются во многих отдаленных домах, школах и больницах. Во время чрезвычайных ситуаций, когда отключается электросеть, дизель-генераторы спасают жизни, обеспечивая электричеством больницы, многоквартирные дома, школы и другие здания, которые в противном случае были бы холодными и «темными».

Нефть также используется в жидких продуктах, таких как лак для ногтей, медицинский спирт и аммиак. Нефть содержится в таких разнообразных предметах для отдыха, как доски для серфинга, футбольные и баскетбольные мячи, велосипедные шины, сумки для гольфа, палатки, фотоаппараты и рыболовные приманки.

Нефть также содержится в более важных предметах, таких как протезы, водопроводные трубы и капсулы с витаминами. В наших домах мы окружены продуктами, содержащими нефть, и зависим от них. Краска для дома, мешки для мусора, кровля, обувь, телефоны, бигуди и даже мелки содержат очищенную нефть.

Углеродный цикл  

Добыча ископаемого топлива имеет серьезные недостатки, а добыча нефти – спорная отрасль.

Углерод, важный элемент на Земле, составляет около 85% углеводородов в нефти. Углерод постоянно циркулирует между водой, землей и атмосферой.

Углерод поглощается растениями и является частью каждого живого организма, движущегося по пищевой цепи. Углерод естественным образом высвобождается из-за вулканов, эрозии почвы и испарения.Когда углерод выбрасывается в атмосферу, он поглощает и сохраняет тепло, регулируя температуру Земли и делая нашу планету пригодной для жизни.

Не весь углерод на Земле вовлечен в круговорот углерода над землей. Огромные количества его изолированы или хранятся под землей в виде ископаемого топлива и в почве. Этот секвестрированный углерод необходим, потому что он поддерживает сбалансированный «углеродный бюджет» Земли.

Однако этот бюджет выходит из равновесия. Со времен промышленной революции ископаемое топливо агрессивно добывалось и сжигалось для получения энергии или топлива.Это высвобождает углерод, который был изолирован под землей, и нарушает углеродный баланс. Это влияет на качество нашего воздуха, воды и климата в целом.

Тайга, например, поглощает огромное количество углерода на деревьях и под лесной подстилкой. Бурение природных ресурсов высвобождает не только углерод, содержащийся в ископаемом топливе, но и углерод, содержащийся в самом лесу.

Сжигание бензина, изготовленного из нефти, особенно вредно для окружающей среды.Каждые 3,8 литра (1 галлон) не содержащего этанол газа, сгорающего в двигателе автомобиля, выделяют в окружающую среду около 9 кг (20 фунтов) углекислого газа. (Бензин, наполненный 10% этанола, выделяет около 8 кг (17 фунтов).) Дизельное топливо выделяет около 10 кг (22 фунта) двуокиси углерода, а биодизель (дизельное топливо с 10% биотоплива) выделяет около 9 кг (20 фунтов).

Бензин и дизельное топливо также напрямую загрязняют атмосферу. Они выделяют токсичные соединения и твердые частицы, в том числе формальдегид и бензол.

Люди и нефть

Нефть является основным компонентом современной цивилизации. В развивающихся странах доступ к доступной энергии может расширить возможности граждан и повысить качество жизни. Нефть обеспечивает транспортное топливо, входит в состав многих химических веществ и лекарств, а также используется для изготовления важных предметов, таких как сердечные клапаны, контактные линзы и бинты. Запасы нефти привлекают внешние инвестиции и важны для улучшения экономики страны в целом.

Однако доступ развивающейся страны к нефти может также повлиять на соотношение сил между правительством и его народом.В некоторых странах доступ к нефти может привести к тому, что правительство станет менее демократичным — ситуация, получившая название «нефтедиктатура». Россию, Нигерию и Иран обвиняют в наличии нефтеавторитарных режимов.

Пиковая нефть
Нефть является невозобновляемым ресурсом, и мировых запасов нефти не всегда будет достаточно, чтобы обеспечить мировой спрос на нефть. Нефтяной пик — это момент, когда нефтяная промышленность добывает максимально возможное количество нефти. После нефтяного пика добыча нефти будет только снижаться.После пика нефти произойдет снижение добычи и рост затрат на оставшиеся запасы.

При измерении пиковой нефти используется отношение запасов к добыче (RPR). Этот коэффициент сравнивает объем доказанных запасов нефти с текущим уровнем добычи. Отношение запасов к добыче выражается в годах. RPR различен для каждой нефтяной вышки и каждого нефтедобывающего района. Нефтедобывающие регионы, которые также являются крупными потребителями нефти, имеют более низкий RPR, чем нефтедобывающие регионы с низким уровнем потребления.

Согласно одному отраслевому отчету, RPR в США составляет около девяти лет. Богатая нефтью развивающаяся страна Иран с гораздо более низким уровнем потребления имеет RPR более 80 лет.

Невозможно узнать точный год пика добычи нефти. Некоторые геологи утверждают, что он уже прошел, в то время как другие утверждают, что технология добычи отсрочит пик нефти на десятилетия. По оценкам многих геологов, пик нефти может быть достигнут в течение 20 лет.

Нефтяные альтернативы

Отдельные лица, отрасли и организации все больше обеспокоены последствиями пиковой добычи нефти и окружающей среды при добыче нефти.В некоторых областях разрабатываются альтернативы нефти, и правительства и организации призывают граждан изменить свои привычки, чтобы мы не так сильно полагались на нефть.

Биоасфальты, например, представляют собой асфальты, полученные из возобновляемых источников, таких как патока, сахар, кукуруза, картофельный крахмал или даже побочные продукты нефтяных процессов. Хотя они представляют собой нетоксичную альтернативу битуму, биоасфальты требуют огромных урожаев, что создает нагрузку на сельскохозяйственную промышленность.

Водоросли также являются потенциально огромным источником энергии.Масло водорослей (так называемая «зеленая нефть») может быть преобразовано в биотопливо. Водоросли растут очень быстро и занимают часть пространства, используемого другим сырьем для биотоплива. Около 38 849 квадратных километров (15 000 квадратных миль) водорослей — менее половины размера американского штата Мэн — могли бы обеспечить достаточное количество биотоплива, чтобы заменить все потребности США в нефти. Водоросли поглощают загрязнения, выделяют кислород и не нуждаются в пресной воде.

Швеция поставила перед собой задачу резко сократить свою зависимость от нефти и других видов ископаемого топлива к 2020 году.Эксперты в области сельского хозяйства, науки, промышленности, лесного хозяйства и энергетики объединились для разработки источников устойчивой энергии, включая геотермальные тепловые насосы, ветряные электростанции, энергию волн и солнечную энергию, а также домашнее биотопливо для гибридных автомобилей. Изменения в привычках общества, такие как увеличение количества общественного транспорта и видеоконференций для предприятий, также являются частью плана по сокращению использования нефти.

Использование нефти – Управление энергетической информации США (EIA)

Сырая нефть и другие жидкости, полученные из ископаемого топлива, перерабатываются в нефтепродукты, которые люди используют для самых разных целей.Биотопливо также используется в качестве нефтепродуктов, в основном в смесях с бензином и дизельным топливом.

Нефть исторически была крупнейшим основным источником энергии для общего годового потребления энергии в США. Мы используем нефтепродукты для приведения в движение транспортных средств, обогрева зданий и производства электроэнергии. В промышленном секторе нефтехимическая промышленность использует нефть в качестве сырья (исходного сырья) для производства таких продуктов, как пластмассы, полиуретан, растворители и сотни других промежуточных и конечных товаров.

В 2020 году потребление нефти в США в среднем составляло около 18,12 млн баррелей в сутки, в том числе около 1 млн баррелей в сутки биотоплива. ¹ Общее потребление нефти в США в 2020 году было примерно на 13% ниже, чем в 2018 и 2019 годах, в основном из-за мер реагирования на пандемию COVID-19. Потребление большинства нефтепродуктов в 2020 г. было ниже, чем в 2019 г.

На транспортный сектор приходится наибольшая доля U.S. Расход нефти.

• Транспорт 66%
• Промышленный 28%
• Жилой 3%
• Коммерческий 2%
• Электроэнергия

Нажмите, чтобы увеличить

Какие нефтепродукты люди потребляют больше всего?

Бензин является наиболее потребляемым нефтепродуктом в США.В 2020 году потребление готового автомобильного бензина в среднем составляло около 8,03 млн баррелей в сутки (337 млн ​​галлонов в сутки), что равнялось примерно 44% от общего потребления нефти в США.

Дистиллятное жидкое топливо является вторым наиболее потребляемым нефтепродуктом в Соединенных Штатах. Дистиллятное мазут включает дизельное топливо и печное топливо. Дизельное топливо используется в дизельных двигателях тяжелой строительной техники, грузовиков, автобусов, тракторов, лодок, поездов, некоторых автомобилей и электрогенераторов.Печное топливо, также называемое мазутом, используется в котлах и печах для обогрева домов и зданий, для промышленного отопления и для производства электроэнергии на электростанциях. Общее потребление дистиллятного мазута в 2020 году в среднем составляло около 3,78 миллиона баррелей в сутки (159 миллионов галлонов в день), что составляет 21% от общего потребления нефти в США.

Жидкие углеводородные газы (HGL), третья наиболее используемая категория нефти в Соединенных Штатах, включают пропан, этан, бутан и другие HGL, которые производятся на заводах по переработке природного газа и нефтеперерабатывающих заводах.HGL имеют множество применений. Общее потребление HGL в 2020 году в среднем составляло около 3,20 млн баррелей в сутки, что составляет около 18% от общего потребления нефти.

Топливо для реактивных двигателей является четвертым наиболее используемым нефтепродуктом в Соединенных Штатах. Потребление реактивного топлива в среднем составляло около 1,08 миллиона баррелей в сутки (45 миллионов галлонов в день) в 2020 году, что составляет около 6% от общего потребления нефти.

Сколько нефти потребляет мир?

Общее мировое потребление нефти в 2018 году составило около 100 млн баррелей в сутки.

• США20,5%
• Китай13,9%
• Индия4,8%
• Япония3,8%
• Россия3,6%

Каковы перспективы потребления нефти в США?

Управление энергетической информации США прогнозирует в Annual Energy Outlook 2021 Reference case, что общее потребление жидкого топлива в США (нефть и другие жидкости) вернется к уровням потребления в 2018 и 2019 годах к 2036 году и постепенно увеличится в течение оставшейся части года. прогнозируемый период до почти 22 миллионов баррелей в сутки в 2050 году.На жидкое топливо будет приходиться от 36% до 38% общего годового потребления энергии в США до 2050 года.

Также в Базовом случае жидкое топливо остается основным источником энергии для транспортного сектора, но его процентная доля несколько снижается с 96% в 2020 г. до 92% в 2050 г. Прогнозируется, что объем общего потребления жидкого топлива в транспортном секторе составит примерно столько же в 2050 г., как и в 2022 г.

¹ Управление энергетической информации США, Petroleum Supply Monthly , февраль 2021 г., предварительные данные за 2020 г.
² Управление энергетической информации США, Monthly Energy Review , март 2021 г., предварительные данные за 2020 г.

Последнее обновление: 10 мая 2021 г.

Уголь и окружающая среда — Управление энергетической информации США (EIA)

Уголь является богатым источником топлива, которое относительно недорого производить и преобразовывать в полезную энергию. Однако добыча и использование угля влияет на окружающую среду.

Последствия добычи угля

Открытые шахты (иногда называемые открытыми шахтами ) были источником около 64% ​​угля, добытого в Соединенных Штатах в 2020 году. Эти горные работы удаляют почву и горные породы над угольными залежами, или пластов . Крупнейшие открытые шахты в Соединенных Штатах находятся в бассейне Паудер-Ривер в штате Вайоминг, где залежи угля находятся близко к поверхности и имеют толщину до 70 футов.

Удаление горных вершин и добыча полезных ископаемых затронули большие территории Аппалачей в Западной Вирджинии и Кентукки.При этой форме добычи угля вершины гор удаляются с помощью взрывчатых веществ. Эта техника меняет ландшафт, и ручьи иногда покрываются камнями и грязью. Вода, стекающая из этих заполненных долин, может содержать загрязняющие вещества, которые могут нанести вред водной фауне ниже по течению. Хотя добыча полезных ископаемых на вершинах гор существует с 1970-х годов, ее использование стало более распространенным и вызывающим споры с 1990-х годов.

Законы США требуют, чтобы стоки пыли и воды из районов, пострадавших от добычи угля, контролировались, а район должен быть рекультивирован близко к исходному состоянию.

Подземные шахты обычно меньше влияют на ландшафт, чем наземные. Однако земля над шахтными тоннелями может обрушиться, а из заброшенных подземных шахт может стекать кислая вода.

Газообразный метан, который встречается в угольных месторождениях, может взорваться, если он сконцентрируется в подземных шахтах. Этот метан угольных пластов должен быть удален из шахт, чтобы сделать шахты более безопасными для работы. В 2019 году выбросы метана от добычи угля и заброшенных угольных шахт составили около 8% от общего количества U.Выбросы метана S. и около 1% от общего объема выбросов парниковых газов в США (исходя из потенциала глобального потепления). Некоторые шахты улавливают и используют или продают метан угольных пластов, извлеченный из шахт.

Выбросы от сжигания угля

• Двуокись серы (SO ₂ ), вызывающая кислотные дожди и респираторные заболевания
• Оксиды азота (NOx), способствующие образованию смога и респираторным заболеваниям
• Твердые частицы, вызывающие смог, дымку, респираторные и легочные заболевания
• Углекислый газ (CO ₂ ), который является основным парниковым газом, образующимся при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа)
• Ртуть и другие тяжелые металлы, которые связаны как с неврологическими нарушениями, так и с нарушениями развития у людей и других животных
• Летучая зола и зольный остаток, образующиеся при сжигании угля на электростанциях

В прошлом летучая зола выбрасывалась в воздух через дымовую трубу, но теперь законы требуют, чтобы большая часть выбросов летучей золы улавливалась устройствами контроля загрязнения.В Соединенных Штатах летучая зола и зольный остаток обычно складируются вблизи электростанций или вывозятся на свалки. Выщелачивание загрязнения из хранилищ угольной золы и свалок в грунтовые воды, а также разрушение нескольких крупных накопителей угольной золы представляют собой экологические проблемы.

Снижение воздействия использования угля на окружающую среду

Закон о чистом воздухе и Закон о чистой воде требуют от промышленности сокращения выбросов загрязняющих веществ в воздух и воду.

Угольная промышленность нашла несколько способов снижения содержания серы и других примесей в угле.Промышленность также нашла более эффективные способы очистки угля после его добычи, и некоторые потребители угля используют уголь с низким содержанием серы.

Электростанции используют оборудование для десульфурации дымовых газов, также известное как скрубберы , для очистки дыма от серы до того, как она покинет дымовые трубы. Кроме того, угольная промышленность и правительство США сотрудничали в разработке технологий, позволяющих удалять примеси из угля или повышать его энергоэффективность, что снижает количество сжигаемого угля на единицу произведенной полезной энергии.

Оборудование, предназначенное главным образом для сокращения SO ₂ , NOx и твердых частиц, также может использоваться для сокращения выбросов ртути из некоторых видов угля. Ученые также работают над новыми способами сокращения выбросов ртути на угольных электростанциях.

Ведутся исследования по изучению выбросов CO ₂ при сжигании угля. Одним из методов является улавливание углерода , при котором CO ₂ отделяется от источников выбросов и извлекается в виде концентрированного потока.Затем CO ₂ можно закачать под землю для постоянного хранения или улавливания .

Повторное использование и переработка также могут снизить воздействие производства и использования угля на окружающую среду. Земля, которая ранее использовалась для добычи угля, может быть рекультивирована и использована для строительства аэропортов, свалок и полей для гольфа. Отходы, улавливаемые скрубберами, можно использовать для производства таких продуктов, как цемент и синтетический гипс для стеновых плит.

Последнее обновление: 2 декабря 2021 г.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение водорода

Хотя водород широко распространен на Земле в качестве элемента, он почти всегда находится в составе другого соединения, такого как вода (H ₂ O) или метан (CH ₄ ), и его необходимо разделить на чистый водород (H ₂ ) для использования в электромобилях на топливных элементах.Водородное топливо соединяется с кислородом воздуха через топливный элемент, создавая электричество и воду посредством электрохимического процесса.

Производство

Водород можно производить из различных внутренних ресурсов, включая ископаемое топливо, биомассу и электролиз воды с помощью электричества. Воздействие водорода на окружающую среду и энергоэффективность зависят от того, как он производится. В настоящее время реализуется несколько проектов по снижению затрат, связанных с производством водорода.

Существует несколько способов получения водорода:

• Реформинг/газификация природного газа: Синтез-газ — смесь водорода, окиси углерода и небольшого количества двуокиси углерода — образуется путем реакции природного газа с высокотемпературным паром.Окись углерода реагирует с водой с образованием дополнительного количества водорода. Этот метод является самым дешевым, эффективным и наиболее распространенным. Конверсия природного газа с использованием пара составляет большую часть водорода, ежегодно производимого в Соединенных Штатах.

  Синтез-газ также можно получить путем реакции угля или биомассы с высокотемпературным паром и кислородом в газификаторе под давлением. Это превращает уголь или биомассу в газообразные компоненты — процесс, называемый газификацией . Полученный синтез-газ содержит водород и окись углерода, которые реагируют с водяным паром для отделения водорода.

• Электролиз: Электрический ток расщепляет воду на водород и кислород. Если электричество производится из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, полученный водород также будет считаться возобновляемым и имеет многочисленные преимущества в отношении выбросов. Набирают силу проекты по превращению энергии в водород, в которых используется избыточная возобновляемая электроэнергия, когда она доступна, для производства водорода путем электролиза.

• Возобновляемый жидкий риформинг: Возобновляемое жидкое топливо, такое как этанол, вступает в реакцию с высокотемпературным паром для получения водорода вблизи места конечного использования.

• Ферментация: Биомасса превращается в богатое сахаром сырье, которое можно ферментировать для получения водорода.

Несколько методов производства водорода находятся в разработке:

Основными штатами по производству водорода являются Калифорния, Луизиана и Техас. Сегодня почти весь водород, производимый в Соединенных Штатах, используется для переработки нефти, обработки металлов, производства удобрений и переработки пищевых продуктов.

Основной задачей производства водорода является снижение стоимости производственных технологий, чтобы сделать полученный водород конкурентоспособным по стоимости с традиционным транспортным топливом.Государственные и отраслевые научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты снижают стоимость, а также воздействие технологий производства водорода на окружающую среду. Узнайте больше о производстве водорода в офисе технологий водорода и топливных элементов.

Распределение

Большая часть водорода, используемого в Соединенных Штатах, производится там же или поблизости от места его использования, как правило, на крупных промышленных объектах. Инфраструктура, необходимая для распределения водорода по общенациональной сети заправочных станций, необходимых для широкого использования электромобилей на топливных элементах, все еще нуждается в развитии.Первоначальное развертывание транспортных средств и станций сосредоточено на создании этих распределительных сетей, в первую очередь в южной и северной Калифорнии.

В настоящее время водород распространяется тремя способами:

• Трубопровод: Это наименее затратный способ доставки больших объемов водорода, но его мощность ограничена, поскольку в настоящее время в Соединенных Штатах имеется только около 1600 миль трубопроводов для доставки водорода. Эти трубопроводы расположены вблизи крупных нефтеперерабатывающих и химических заводов в Иллинойсе, Калифорнии и на побережье Мексиканского залива.

• Трубчатые прицепы высокого давления: Транспортировка сжатого газообразного водорода на грузовиках, железнодорожных вагонах, судах или баржах в прицепах высокого давления является дорогостоящей и используется в основном на расстояния до 200 миль.

• Танкеры для перевозки сжиженного водорода: Криогенное сжижение — это процесс, при котором водород охлаждается до температуры, при которой он становится жидким. Хотя процесс сжижения является дорогостоящим, он позволяет более эффективно транспортировать водород (по сравнению с автоцистернами высокого давления) на большие расстояния на грузовиках, железнодорожных вагонах, кораблях или баржах.Если сжиженный водород не используется с достаточно высокой скоростью в точке потребления, он выкипает (или испаряется) из своих емкостей. В результате скорость доставки и потребления водорода должна быть тщательно согласована.

Создание инфраструктуры для распределения и доставки водорода к тысячам будущих индивидуальных заправочных станций сопряжено со многими проблемами. Поскольку водород содержит меньше энергии на единицу объема, чем все другие виды топлива, его транспортировка, хранение и доставка к месту конечного использования обходится дороже в пересчете на бензиновый галлон.Строительство новой сети трубопроводов для водорода связано с высокими первоначальными капитальными затратами, а свойства водорода создают уникальные проблемы для материалов трубопроводов и конструкции компрессоров. Однако, поскольку водород можно производить из самых разных ресурсов, региональное или даже местное производство водорода может максимально использовать местные ресурсы и свести к минимуму проблемы с распределением.

Необходимо учитывать компромиссы между централизованным и распределенным производством. Централизованное производство водорода на крупных заводах снижает производственные затраты, но увеличивает затраты на сбыт.Производство водорода в точке конечного использования — например, на заправочных станциях — снижает затраты на распределение, но увеличивает производственные затраты из-за затрат на создание производственных мощностей на месте.

Правительственные и отраслевые научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты преодолевают барьеры на пути к эффективному распределению водорода. Узнайте больше о распределении водорода в офисе технологий водорода и топливных элементов.

.