О возможности гармонизации энергетики, экологии и здоровья населения
Н. В. Горин, Н. П. Волошин, Д. В. Шмаков, О. С. Головихина
Обозначен главный современный вызов всей цивилизации – глобальное потепление за счет роста парникового эффекта из-за нарастающих выбросов объектами углеводородной энергетики углекислого газа в атмосферу. Показано одновременное загрязнение окружающей среды другими выбросами от объектов энергетики, их влияние на здоровье человека и продемонстрировано, что разрешить эти противоречия, минимизировать рост глобального потепления и влияния отходов на здоровье населения и обеспечить устойчивое развитие промышленных регионов может только атомная энергетика. Другой пока нет.
Ключевые слова: глобальное потепление, здоровье человека, атомная энергетика, устойчивое развитие.
Актуальность проблемы
Главный современный вызов всей цивилизации – глобальное потепление [15] из-за выбросов техногенных отходов и правительствами ряда стран декларирована цель к концу XXI века ограничить рост потепления на уровне ~2оС. Однако пока не понятно удастся ли это, поможет ли это и что будет дальше? Одновременно отмечается рост влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения [5; 6] и поэтому необходимо незамедлительно обращать внимание на экологию и переходить на экологически чистые источники энергии, главным образом, на атомную энергетику [12; 16]. В противном случае последствия могут быть непредсказуемы и наступить очень быстро – на протяжении жизни двух…трех поколений людей. В [7; 8] отмечено, что человечество уже по некоторым критериям превысило пределы устойчивого развития и возможен неожиданный и неконтролируемый спад численности населения и резкое снижение объема производства. Один из методов реагирования на вызов – инициатива международных организаций и Госкоропрации «Росатом» «Зеленый квадрат безуглеродной энергетики» «…Солнце, ветер, вода и атом, дополняя и усиливая друг друга, должны образовывать тот зелёный квадрат, который станет основой будущего мирового безуглеродного баланса…».
В настоящее время экологически чистые источники энергии быстро развиваются, но их доля в мировом балансе пока невелика [13]. Полвека назад П.Л.Капица показал [4], что они не смогут обеспечить энергетические потребности человечества в промышленности, т.к. генерируемая ими энергия имеет низкую плотность потока, однако способны обеспечивать бытовые энергетические потребности. Производство энергии в размере десятка миллиардов тонн нефтяного эквивалента без загрязнения окружающей среды и без влияния на здоровье населения может обеспечить только атомная энергетика. Другой пока нет и таким образом главный угол в «зеленом квадрате» это атомная энергетика. Влияние атомной энергетики на здоровье преувеличено [1; 10; 11], оно гораздо меньше влияния углеводородной и именно она сможет превратить существующие сегодня между ними почти антагонистические противоречия в обычные противоположности.
Суть проблемы
Энергетика и экология – это две стороны одного процесса. Пока на планете было мало людей, а еще ~250…300 лет назад было меньше 1 млрд.чел., то масштабы производства энергии и связанные с этим загрязнения окружающей среды были ничтожны, примитивная энергетика уже была, но экологии с ее проблемами еще не было, так как загрязнением можно было пренебречь. Основной энергоноситель прошлого – древесина, при ее сжигании выделятся углекислый газ, но это тот самый газ, который за 10…30 лет до сжигания был изъят из атмосферы фотосинтезом и преобразован в массу дерева, поэтому при сжигании газ возвращался назад в атмосферу и происходил его естественный кругооборот.
Сегодня, когда численность населения приближается к 8 млрд. и пока не видно, как этот рост остановится, то прежние относительно безопасные «противоположности» превратились в опасные «антагонизмы», последствия которых могут быть серьезны. Одно из них – глобальное потепление из-за слишком большого объема отходов энергетики, промышленности и транспорта [15; 13]. Так, в настоящее время в мире ежегодно добывают ~13…14 млрд.т.н.э. углеводородного топлива (~5,5·1020 Дж/год), сжигают его, а образованный углекислый газ сбрасывают в атмосферу (рис.1) и, например, в 2013 году было сброшено ~32,5 млрд.т [13].
На протяжении последних 50…70 лет происходил «взрывной» рост потребления энергии [13], пока заметного снижения роста не просматривается, потребление энергии только увеличивается и неизбежно будет увеличиваться сброс отходов. За время жизни нынешнего поколения (~25…30 лет) в атмосферу сброшено ~800 млрд.т углекислого газа. Это составляет, как минимум, половину той массы углекислого газа, которая уже была атмосфере и на протяжении последних тысячелетий, участвовала в естественном кругообороте, депонировалась в океане, почве, болотах, лесах и благодаря фотосинтезу формировала биоту. Можно прогнозировать, что следующие поколения сбросят еще большие массы и, скорее всего, такое сбрасывание бесследно не пройдет.
Около 80% всей энергии в мире вырабатывается за счет сжигания органического топлива и негативное воздействие на здоровье населения обусловлено, в основном, взвешенными частицами, окисью серы, оксидами азота, канцерогенами типа бенз(а)пирена [5; 6], что общепризнано и вызывает тревогу.
Недостатки возобновляемых источников энергии
Достоинства возобновляемых и экологически чистых источников энергии очевидны, отметим их недостатки с точки зрения требований физики [4]:
- Низкая плотность потока солнечной энергии на поверхности Земли и пока нет методов ее преобразования, оправдывающих затраты для масштабного производства промышленной энергии, хотя для бытовых целей она вполне приемлема.
- Низкая плотность потока ветровой энергии и энергии морских волн;
- Низкая теплопроводность горных пород ограничивает мощности геотермальных станций;
- Строительство гидроэлектростанций рентабельно только в горных местах, когда на единицу площади водохранилища имеется большая потенциальная энергия.
- Относительно небольшой ресурс станций приливной энергетики, так как немного мест, где их можно построить.
- При сжигании водорода получается вода, а не углекислый газ, но для получения водорода по существующим технологиям необходимо много тепла и, следовательно, при использовании традиционной энергетики будет произведено либо много углекислого газа, либо тепло нужно получать от атомной энергетики.
- Термоядерной энергетики еще нет.
Таким образом, производство энергии в размере десятка миллиардов тонн нефтяного эквивалента без загрязнения окружающей среды может обеспечить только атомная энергетика [12; 16].
Отметим, что существует противоположный взгляд на проблемы парникового эффекта и климата, ряд специалистов утверждают, что происходят естественные флуктуации климата, не предвещающие какое-то глобальное событие [14; 9] и, по сути дела, имеют место две противоположные точки зрения:
- Или из-за естественных природных циклов увеличивается средняя температура океана, главного депозитария углекислого газа, и он выделяет углекислый газ.
- Или из-за выбросов в атмосферу объектами энергетики, промышленности и транспорта углекислого газа возрастает парниковый эффект и повышается средняя температура, в том числе и температура океана.
Первая - никаких действий не предполагает, т.к. от человека ничего не зависит, вторая заставляет человечество бороться за очистку окружающей среды, что само по себе «во благо».
При использовании атомной энергии углекислый газ не образуется, а отходы, нормированные единицу мощности, на несколько порядков меньше. Выбросы современной углеводородной энергетики уже влияют на планету, тогда как отходы и последствия аварий атомной энергетики на планету в целом не влияют. Действительно, за более чем полувековую историю развития атомной энергетики произошли пять крупных аварий: в Англии – на АЭС «Уиндскейл», в США – на «Тримайл-Айленд», в СССР – на ПО Маяк и в Чернобыле, в Японии – на «Фукусима-1». Наиболее крупная Чернобыльская авария повлияла на небольшую часть Белоруссии и Украины, Фукусима – на районы Японии, авария на ПО Маяк – на часть Челябинской области.
Обсуждение результатов
Необходимо исключать или кратно уменьшать выбросы, другого пути нет [12, 16]. Вряд ли следует признать разумным ожидание будущей чистой термоядерной энергетики. Даже если в ближайшее время будут решены проблемы получения термоядерной энергии, то потребуется, как минимум, 10…20 лет на внедрение этой технологии в производство. Какими запасами времени располагает человечество для реакции на основной вызов современности, ни одна из существующих математических моделей развития мира не сообщает, они лишь информируют, что предел уже достигнут.
Вряд ли следует ограничиться только призывами к сокращению выбросов и снижению объемов производств – человечество «назад в пещеры» не пойдет.
Не следует надеяться на перевод промышленности с угля только на газ. Но даже с газом и нефтью человечество уже загрязнило планету и создало проблемы с климатом.
Необходимо разумное сочетание всех мер, повышения эффективности использования энергии, а самое главное, развитие атомной энергетики.
Заключение
Энергетика может погубить современную цивилизацию, если оставить все «как есть» и продолжать сжигать углеводородное топливо, но может и спасти, если отказаться от углеводородных энергоносителей и перейти на атомную. Примирить современную углеводородную энергетику с экологией невозможно, можно примирить только атомную и именно она сможет обеспечить устойчивое развитие.
Рекомендации
Для развития инициативы «Зеленый квадрат» по внедрению экологически чистых энергетик авторы рекомендуют проводить информационную работу с молодежью, используя накопленный опыт и наработки [2; 3] с целью формирования в будущем востребованного отношения населения к атомной энергетике.
Благодарности
Авторы благодарны профессору Южно-Уральского государственного медицинского университета О. В. Авилову за полезные консультации.
Список литературы
1. Булдаков, Л. А. Радиоактивное излучение и здоровье / Л. А. Булдаков, В. С. Каллистратова. — М.: Информ-Атом, 2003.
2. Горин, Н. В. К вопросу формирования радиационной грамотности населения / Н. В. Горин, Н. П. Волошин, Д. В. Шмаков, Ю. И. Чуриков, А. А. Екидин, О. С. Головихина, А. П. Васильев, С. А. Дерябин // Здравоохранение, образование и безопасность. – 2018. – №4(16). – С.137-146.
3. Горин, Н. В. Развитие инициативы Госкорпорации «Росатом»: образовательный проект «Зеленый квадрат / Н. В. Горин, О. С. Головихина, Н. Л. Абрамова, С. В. Нечаева, Л. Г. Матвеева // Педагогическое образование в России. – 2018. – №12. – С.23-29.
4. Капица, П. Л. Энергия и физика. Доклад на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР (Москва, 8 октября 1975 г.) / П. Л. Капица. — М., 1975.
5. Кислицина, В. В. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения промышленного города / В. В. Кислицына // Академический журнал Западной Сибири. – 2013. – Т.9. – №3. – С.86-87.
6. Крылов, Д. А. Негативное воздействие микроэлементов, содержащихся в углях, в золошлаковых отвалах и золе – уносе угольных ТЭС на окружающую среду и здоровье людей / Д. А. Крылов // Препринт НИЦ «Курчатовский институт». М., 2012. 37 с.
7. Медоуз, Д. Пределы роста / Д. Медоуз, Д. Медоуз, Й. Рендерс, В. Беренс III. – М.: МГУ. 1991.
8. Медоуз, Д. Пределы роста. 30 лет спустя / Д. Медоуз, Й. Рандер, Д. Медоуз. – М.: Академкнига, 2007.
9. Нигматулин, Р. И. Четыре «э» современности: экономика, экология, энергетика, этнос. / Р. И. Нигматулин. – СПб.: СПбГУП, – 2015. – 60 с., (Избранные лекции Университета; Вып. 167).
10. Панченко, С. В. Радиологическая обстановка в регионах расположения предприятий Росатома / С. В. Панченко, И. И. Линге, К. В. Сахаров и др. – М.: «САМ полиграфист». – 2015. – 296 с.
11. Патраков Э. В., Масленникова А. А. Особенности здоровьесбережения в условиях радиационных рисков // Здравоохранение, образование и безопасность. – 2018. – №4(16). – С.53-60.
12. Пономарев, Л.И. Без ядерной энергетики у нынешней цивилизации нет будущего /Л. И. Пономарев // Атомный эксперт. – 2018. – № 3-4. – С.70-75.
13. Прогноз развития энергетики мира и России / под ред. А.А.Макарова, Л.М.Григорьева, Т.А.Митровой; ИНЭИ РАН–АЦ при Правительстве РФ – Москва, 2016. – 196 с.
14. Шполянская, Н.А. Геокриология. Эволюция криолитозоны и глобальные изменения климата: учебное пособие, электронное издание сетевого распространения / Н. А. Шполянская. – 2-е издание, дополненное. – М.: «КДУ» (Книжный Дом Университета), «Добросвет». – 2018. – 187 с.
15. Climate Change 2014: Synthesis Report. Summary for Policymakers. // 2014, IPCC, Geneva, Switzerland.
16. BarryW. Brook, Agustin Alonso, Daniel A.Meneley, Jozef Misak, Tom Blees, Jan B. van Erp. Why nuclear energy is sustainable and has to be part of the energy mix. // Sustainable Materials and Technologies. – 2014. – №1–2. – PP.8–16.