CZŁOWIEK A ENERGIA.pdf

Człowiek a energia

Autor: Prof. dr inż. Marek Jaczewski, Instytut Energetyki

(„Energetyka” – kwiecień 2006)

Historia użytkowania energii przez człowieka

Początki wykorzystywania energii przez człowieka sięgają w zamierzchłą przeszłość.

Starożytni Grecy stworzyli mit o Prometeuszu, który wykradł ogień bogom z Olimpu i dał go

ludziom. Miała go spotkać za to straszna kara: został przykuty do skały na Kaukazie, gdzie

sępy jemu, nieśmiertelnemu miały po wieczne czasy wydziobywać wątrobę.

Wiele lat później filozofowie zastanawiając się nad początkami ludzkiego działania ukuli

powiedzenie, że praca jest uczłowieczeniem ludzkości i tym różni człowieka od zwierząt

(Engels). Nie zgadzam się tą definicją, gdyż wiele zwierząt ciężko a, nawet bardzo zmyślnie

pracuje budując swoje siedziby - np. bobry, pszczoły, mrówki, ptaki i wiele innych. Cóż więc

różni człowieka od zwierząt?

Uważam, że właśnie umiejętność korzystania z ognia, a właściwie szerzej wykorzystywania

zewnętrznych sił przyrody, a zwłaszcza energii, dla wzmocnienia swoich własnych, dość

słabych sił biologicznych. Energetyka, polegająca właśnie na wykorzystywaniu przez

człowieka zewnętrznych sił przyrody, byłaby tym, co różni nas od zwierząt. Istotnie nie ma

bowiem zwierzęcia, które potrafiłoby korzystać z ognia tak, jak człowiek. A więc nie od

pracy, lecz od energetyki rozpoczyna się uczłowieczenie ludzkości.

Równocześnie jednak człowiek coraz bardziej uzależnia się od dostaw energii i dziś już

trudno sobie wyobrazić życie ludzi bez mniej lub bardziej niezawodnego zaopatrzenia w

energię, a zwłaszcza energię elektryczną. Awarie systemów energetycznych w ciągu ostatnich

lat są dobitnym tego przykładem. Bez obawy o popełnienie wielkiego błędu można

zaryzykować twierdzenie, że energia stała się już czynnikiem warunkującym życie człowieka

podobnie, jak powietrze i woda. Dlatego też od lat toczy się dyskusja czy energia jest

towarem, jak wiele innych, czy też czymś wyjątkowym, określanym często jako służba

publiczna (angielskie: commodity or public service) i jak ją w tej sytuacji traktować.

Szczególna rola przypada energii elektrycznej, bez której trudno sobie wyobrazić życie

współczesnego człowieka, korzystającego z oświetlenia, radia, telewizji i całej aparatury

medycznej podtrzymującej wręcz życie człowieka.

Właśnie relacjom między człowiekiem i energią i różnym wynikającym stąd implikacjom

poświęcony jest niniejszy artykuł.

Trzeba rozpocząć od próby określenia, od kiedy i jakie ilości energii zużywali ludzie w

różnych okresach swego działania. Opierać się przy tym będziemy na wynikach różnych

badań archeologicznych, historycznych i społecznych i znajomości różnych procesów

energetycznych, związanych z wykorzystywaniem energii przez człowieka.

Zadanie nie jest wcale tak trudne jak mogłoby się wydawać. Okazuje się bowiem, że jeszcze

dziś na świecie istnieje wiele społeczeństw na różnych etapach rozwoju społecznego i

kulturalnego. Można to jeszcze dziś obserwować w krajach rozwijających się. Istnieją

społeczności żyjące jeszcze na etapie zbieractwa, myślistwa itd. Można próbować oszacować

ilości zużywanej przez nie energii. Oczywiście w tych szacunkach trzeba uwzględnić postęp

techniczny, jaki tymczasem następował. Na wyprodukowanie tony stali czy innych

materiałów, zużywa się dziś znacznie mniej energii niż dawniej i dlatego oceniając zużycie

energii w dawnych czasach musi się tę różnicę uwzględniać.

Prawie nie ma już plemion, które do krzesania ognia używałyby jeszcze krzesiwa czy hubki.

Można jeszcze znaleźć ludzi, którzy umieją rozniecić ogień przez pocieranie kawałków

drewna, ale są to już rzadkie wyjątki. Zapałki są ogólnie dostępne. Palenie ognia przez całą

dobę, aby uniknąć rozpalania go przestało być problemem (por. film Walka o ogień).

Dzięki badaniom plemion na Nowej Gwinei, niektórych plemion afrykańskich i Indian w

Ameryce Południowej oszacowano zużycie energii przez plemiona żyjące na etapie

zbieractwa na ok. 1000 kcal na mieszkańca na dobę. Jest to energia potrzebna do

przygotowania gotowanej strawy dla niewielkiej rodziny. 1000 kcal odpowiada ok. 100 g

ropy naftowej (ok. 1/ 2 szklanki lub 1/2 kg drewna). Zużycie energii wzrastało z uprawą roli i

udoskonalaniem narzędzi, związanym ze swego rodzaju hartowaniem drewnianych narzędzi

w ognisku. Ocenia się, że społeczeństwa rolnicze, wypiekające pieczywo zużywają już ok.

5000 kcal na mieszkańca na dobę. W starożytności, gdy pojawiła się metalurgia (wyroby z

miedzi, brązu i wreszcie żelaza), zużycie energii wzrosło do 10 000 do 15 000 kcal na

mieszkańca na dobę. Epoka brązu to ok. 5000 lat p.n.e, a stal to 1000- 1500 lat p.n.e.

Więcej danych mamy o okresie starożytnego Rzymu i Grecji. Oprócz coraz bardziej

wyszukanych potraw stosowano już podgrzewanie wody dla celów sanitarnych (thermy) i

ogrzewania pomieszczeń, nie mówiąc już o różnych przemysłach, takich jak tkactwo,

farbiarstwo, no i oczywiście produkcja coraz lepszej broni, narzędzi, uszczelnianie smołą

statków itd.

Rys. 1. Młyny wodne do irygacji okolicznych upraw zbudowane w czasach Hammurabiego, czynne do dziś w

Syrii (Homs) nazywane „Nurija". W miarę zużywania się wymieniane są jedynie drewniane łopatki (fot. Autora)

Poziom zużycia energii wzrósł i kształtował się od 20 000 do 25 000 kcal na mieszkańca na

dobę i bardzo się różnił w różnych regionach ówczesnego świata. Pojawiły się także coraz

bardziej zróżnicowane paliwa: gaz ziemny, olej skalny i węgiel kamienny, a także torf i darń,

używane nawet w Polsce do wytopu żelaza. W średniowieczu rozszerzyło się wykorzystanie

energii wodnej do napędu młynów, choć pierwsze młyny wodne do rozprowadzania wody

przeznaczonej do irygacji gruntów uprawnych pochodzą jeszcze z czasów starożytnego

Babilonu (ok. 1700 lat p.n.e.) i nawet działają do dziś (Hama i Homs) w Syrii.

W wielu krajach rozwinęło się także wykorzystywanie energii wiatru do napędu przy

mieleniu zbóż i jest stosowane do dziś.

W transporcie wodnym bardzo długo wykorzystywana była energia wiatru (od starożytności

do wynalezienia maszyny parowej). Wyparł ją jednak napęd mechaniczny ze względu na

terminowość dostaw i uniezależnienie od pogody. Obecnie zużycie energii na świecie jest

bardzo zróżnicowane.

W tabeli 1 podano zużycie energii pierwotnej i elektrycznej na mieszkańca dla krajów o

największym i najmniejszym zużyciu, a także średnią światową.

Obecnie średnie zużycie energii pierwotnej na świecie wynosi ok. 1,64 toe na mieszkańca

rocznie, to jest ok. 4,5 kg oleju ekwiwalentnego dziennie. Skrót „toe" oznacza tonę oleju

ekwiwalentnego o wartości opałowej 10 000 kcal/kg. Odpowiada to więc zużyciu ok. 45 000

kcal na mieszkańca na dobę. Widać więc, że obecnie na świecie zużywamy średnio ok. 45

razy więcej energii na dobę niż człowiek w początkach swej egzystencji.

Jak wynika z danych w tabeli 1 wartości stosunku zużycia energii pierwotnej w krajach o

zużyciu największym do zużycia w krajach o zużyciu najmniejszym dochodzą do 100 razy, a

dla energii elektrycznej do ponad tysiąca razy. Sytuacja jest więc dramatyczna. Szacuje się, że

1/3 ludzkości nie ma w ogóle dostępu do energii elektrycznej, a różnice w korzystaniu z

różnych form energii są równie poważne.

Rozkład terytorialny zużycia energii jest też bardzo nierównomierny. Gros energii zużywane

jest przez najbardziej rozwinięte kraje świata, a jednocześnie ok. 1/3 ludzkości nie ma do niej

dostępu w ogóle, lub w bardzo ograniczonym stopniu.

Rozmieszczenie zasobów surowców energetycznych

Największe złoża ropy naftowej znajdują się na Syberii, na Bliskim i Środkowym Wschodzie,

w Ameryce Północnej (USA i Kanada), Południowej (Wenezuela, Argentyna i Szelf

Brazylijski), w Zatoce Meksykańskiej i w Indonezji.

Największe zasoby gazu ziemnego znajdują się w syberyjskiej części Rosji, na Bliskim

Wschodzie, w Ameryce Północnej (USA i Kanadzie), w Europie pod Morzem Północnym i

na Szelfie Norweskim, w Afryce Północnej, a także na Dalekim Wschodzie (Wietnam).

Największe zasoby węgla kamiennego znajdują się Południowej Afryce, Australii, w obu

Amerykach, Europie (Polska, Niemcy, Anglia i Francja, Ukraina), w Azji (Chiny, Indie,

Wietnam i Indonezja).

Zasoby paliw kopalnych są bardzo nierównomiernie rozrzucone po świecie, co miało wpływ

na ogromny rozwój światowego handlu surowcami energetycznymi.

Światowe zasoby surowców energetycznych źródeł energii

Obecne zasoby energii pierwotnej na ziemi dzieli się na źródła odnawialne i nieodnawialne.

Do źródeł nieodnawialnych zalicza się paliwa kopalne: węgiel kamienny, węgiel brunatny,

ropę naftową, łącznie z gazem ciekłym, naturalne bituminy (łupki bitumiczne), gaz ziemny,

paliwo uranowe.

Do odnawialnych źródeł energii zalicza się: energię słoneczną i jej pochodne, energię wodną

rzek, energię wiatru, energię fal morskich i przypływów, drewno i biomasę, energię

geotermalną, inne (np. spalanie odpadów).

Zasoby energii dzieli się na zasoby ogólne (resources) i rezerwy udokumentowane (proved

reseves in place), nadające się do eksploatacji. Światowe zasoby różnych rodzajów energii i

ich roczną produkcję zestawiono w tabeli 2.

Dane zawarte w tabeli 2 potwierdzają, że w bieżącym stuleciu światu jako całości nie grozi

niedobór surowców energetycznych. Stwierdzone rezerwy węgla przy obecnym poziomie

zużycia wystarczają na ponad 200 lat, natomiast rezerwy ropy naftowej i gazu ziemnego są

znacznie mniejsze i wystarczą na około pół wieku. Pamiętać należy, że rezerwy te stanowią

tylko cześć globalnych zasobów surowców energetycznych znajdujących się w skorupie

ziemskiej (zaliczanych do kategorii „Proved amount in place" oraz „Estimated additional").

Globalne zasoby są wielokrotnie większe od rezerw przedstawionych w tabeli 2.

Opierając się na niepełnych danych zawartych zarówno w Przeglądzie ŚRE jak i w innych

opracowaniach, na przykład we wspólnym raporcie ONZ i ŚRE World Energy Assessment [4]

szacuje się, że zasoby surowców energetycznych są większe: dla węgla, co najmniej

ośmiokrotnie, dla ropy naftowej, z uwzględnieniem łupków i piasków bitumicznych, ponad

trzykrotnie, dla gazu ziemnego blisko trzykrotnie.

Efektywność wykorzystania energii

Wobec ograniczonych zasobów nieodnawialnych, a także i odnawialnych źródeł energii,

podstawową sprawą staje się efektywność wykorzystania energii. Na świecie jest ona także

bardzo różna.

Zwykle ocenia się ją jako ilość energii potrzebną w danym kraju na wytworzenie produktu

krajowego brutto, a więc jako stosunek TPES/PKB. Trzeba przy tym zwracać uwagę na

sposób określania PKB. Z dotychczasowych doświadczeń autora wynika, że trzeba brać pod

uwagę PKB wyrażany w jednostkach uwzględniających siłę nabywczą pieniądza (ppp -

pricing power parity), a nie oficjalny kurs wymiany, który zależy w znacznym stopniu od

polityki makroekonomicznej danego państwa i dlatego nie zawsze oddaje właściwie sytuację

gospodarczą. Np. w okresie gospodarki centralnie sterowanej we wszystkich krajach

„socjalistycznych" prowadziło to do pozornej energochłonności zwiększonej ok. 2,5-krotnie.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: