Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)

§ 26. Теплоенергетика. Способи збереження енергетичних ресурсів

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Життєдіяльність сучасної людини на кожному кроці потребує споживання енергії. Проаналізуйте прогноз використання енергетичних ресурсів, наданий Міжнародним енергетичним агенством (МЕА). Чому, на вашу думку, відсоток енергії, яку людство отримує від вуглеводів, буде поступово, хоча й незначно, знижуватися? Чому відсоток відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) швидко зростатиме? Наведіть кілька прикладів відновлюваних джерел енергії.

1. Якою є роль теплоенергетики в житті людини?

Протягом тисячоліть паливо було практично єдиним джерелом енергії для людства, інші джерела (вітер і вода) посідали незначне місце.

У XX ст. альтернативні джерела енергії стали відігравати помітну роль в енергетиці. Прикладами таких джерел є гідроелектростанції (рис. 26.1), атомні електростанції, вітрогенератори, сонячні батареї.

Рис. 26.1. Гідроелектростанція (ДніпроГЕС, вигляд до 2022 р.)

Альтернативні джерела енергії, розроблення й створення яких потребує значних витрат, виникли не випадково. Адже саме у XX ст. різко зросло використання теплових машин. Ідеться насамперед про автомобілі та решту транспортних засобів, які використовують як джерело енергії продукти переробки нафти (бензин і дизельне паливо). Крім того, газ, нафту, вугілля застосовують для вироблення електроенергії на теплових електростанціях.

• А для чого використовують природний газ і вугілля в домашньому господарстві? Чи використовують у домашньому господарстві продукти перероблення нафти?

Запаси викопних ресурсів обмежені. Приблизно за 100 років мільйони автомобілів «з’їли» значну кількість світових запасів нафти. Існує думка, що запаси природного газу вичерпаються протягом десь 40 років; розвіданих запасів вугілля вистачить на кількасот років споживання.

До того ж для спалювання вугілля, нафти та газу потрібна велика кількість кисню. Так, щоб спалити 1 кг вугілля, необхідно 2,7 кг кисню, 1 кг нафти — 3,4 кг, 1 кг природного газу (метану) — 4 кг.

2. Як подолати «енергетичний голод»?

На сьогодні пропонують три основні напрями розв’язання проблеми майбутнього «енергетичного голоду».

1. Економія наявних викопних ресурсів. Ідеться про використання нових технічних рішень — енергозбережувальних технологій.

2. Поступова заміна палива з викопних ресурсів на паливо, одержуване з рослин. Зараз уже використовують два типи технологій: видобування замінників бензину з рослин, що містять цукор, та переробляння на дизельне паливо олії, одержуваної з деяких рослин (наприклад, ріпаку).

3. Використання альтернативних джерел енергії. Насамперед ідеться про сонячну та ядерну енергії.

А ЯК НАСПРАВДІ?

На уроці виникла дискусія між прихильниками сонячної та ядерної енергетики. Хто, на вашу думку, має рацію?

— Сонячна енергія є доступною, екологічно чистою, для її виробництва не потрібно жодних корисних копалин, — наводили свої аргументи прихильники сонячної енергетики. — До того ж вартість сонячних батарей поступово знижується.

— Слушно, але потужність сонячних батарей є малою. Її не вистачить навіть для живлення багатоповерхового будинку, не кажучи вже про промисловість, — спростовували наведені аргументи прихильники ядерної енергетики. — А от атомні електростанції є надзвичайно потужними. Недарма в багатьох країнах (Франція, Україна, США) цей вид виробництва електричної енергії є одним із провідних.

3. Знайомимося з енергозбережувальними технологіями

Сучасні принципи енергозбереження полягають у комплексному використанні кількох технологій.

Розглянемо звичайну квартиру. Найбільша кількість енергії, що надходить до неї, — це енергія, необхідна для обігрівання. Заміна традиційних вікон на склопакети, утеплення дверей, нанесення спеціального теплозахисного покриття на зовнішні стіни будинку дозволяють зекономити тепло, яке зазвичай втрачається на «обігрів довкілля».

Часто гаряча вода надходить до будинків від котелень, які розташовані на відстані в декілька кілометрів. Такий довгий шлях призводить до великих втрат тепла. Якщо ж електричний або газовий котел установити у квартирі, то цей шлях складатиме лише кілька метрів.

• Поміркуйте, які ще є способи економії в домівках.

Для економії електричної енергії потрібно застосовувати економічні лампи та електричні прилади з високим ККД. Ми навели простий приклад комплексного підходу до енергозберігання в помешканнях. Аналогічні принципи, тільки зі значно більшим кількісним ефектом, успішно застосовують для виробничих процесів.

4. Як впливає теплоенергетика на природу?

Доки теплові станції не мали великої потужності, а автомобілів було небагато, шкідливість теплових машин не дуже турбувала людство. Проблема стала актуальною в другій половині XX ст., коли з’явилися кислотні дощі, спричинені викидами електростанцій, люди почали задихатися в автомобільних заторах, вдихаючи отруйний чадний газ тощо.

Учені пропонують різні технічні вирішення цих проблем. Як приклад наведемо кілька рішень щодо зменшення викидів бензинових двигунів:

видалення зі складу бензину отруйних сполук свинцю;
створення екологічно чистих електромобілів (рис. 26.2);
використання гібридних автомобілів, оснащених двома двигунами — електричним і бензиновим: екологічно чистий електричний двигун використовувати в місті, бензиновий — за містом.

Рис. 26.2. Зовні електричні автомобілі не відрізняються від своїх «бензинових братів»

Для людства існує ще одна велика проблема. Річ у тім, що під час роботи теплових машин виділяється вуглекислий газ (СО₂). За оцінками вчених, за 200 років інтенсивної роботи теплових машин в атмосферу було викинуто близько одного трильйона (10¹²) тонн СО₂. Ця величезна кількість вуглекислого газу спричинила парниковий ефект — підвищення температури поверхні Землі. Чому так сталося?

Сонце, як ви знаєте, не тільки освітлює, але й обігріває Землю. Ще сто років тому одержуване Землею тепло практично повністю випромінювалося (поверталося) у космос. Після того як у верхніх шарах атмосфери накопичилася значна кількість вуглекислого газу, цей газ став своєрідним «дзеркалом» для випромінювання з поверхні Землі. У результаті частина енергії затримується в атмосфері й нагріває її.

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

У 1997 р. в м. Кіото (Японія) уряди багатьох країн підписали так званий Кіотський протокол. Згідно із цим документом для кожної країни світу визначено максимальний об'єм викидів СО₂ (від промислових і побутових джерел разом). Якщо цей об'єм перевищено, то країна-порушник сплачує певну суму штрафу, яку потім використовують для зниження рівня викидів. У 2015 р. Кіотський протокол був доповнений Паризькою угодою, в якій окреслено подальші перспективи обмеження викидів.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Які джерела енергії здавна використовує людство? 2. Які існують типи альтернативних джерел енергії? 3. Яка причина безповоротного зменшення викопних ресурсів? 4. Перелічіть основні напрями подолання енергетичної кризи. 5. Наведіть приклади енергозбережувальних технологій. 6. Як впливають теплові джерела енергії на навколишнє середовище? 7. Що таке Кіотський протокол?

ВПРАВА № 26

1. Основним джерелом енергії на Землі є Сонце. Дізнайтеся, де зараз використовують сонячну енергію і де її планують використати. 2. Дізнайтеся про перспективи розвитку альтернативної енергетики України.

Ключові терміни

Викопні ресурси • Альтернативні джерела енергії • Енергозбережувальні технології • Парниковий ефект • Кіотський протокол