Технологии энергосбережения

Использование ресурсов и энергии - развитие, эффективность - Энергетическая эффективность

 4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ Эффективность

Чем больше дров, тем дальше лес.

Александр Жуков

4.1. Энтропийный капкан

Как уже отмечалось в главе 1, по мере поиска и освоения энергии был сформулирован первый закон термодинамики (закон сохранения энергии). Согласно ему, при любых физических или химических взаимодействиях, при любом перемещении вещества из одного места в другое, при любом изменении температуры энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одного вида в другой. Другими словами, энергия, полученная или затраченная какой-либо живой или неживой системой, должна быть равна той энергии, которую одновременно получила от системы или отдала ей окружающая ее среда. Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено: выход энергии всегда равен ее затратам; нельзя из ничего получить нечто, за все нужно платить.

Другая особенность превращения энергии из одного вида в другой – всегда происходит снижение качества энергии, или уменьшается количество полезной энергии. Закон снижения качества энергии известен как второй закон термодинамики. Представим его на примерах.

1. Когда движется автомобиль, в механическую энергию, приводящую его в движение, и электрическую энергию всех его систем превращается всего лишь около 10 % получаемой при сгорании бензина высококачественной химической энергии. Остальные 90 % в виде бесполезного тепла и вредных выбросов рассеиваются в окружающей среде.

2. Когда электрическая энергия проходит через проволоку лампы накаливания, 5 % этой энергии превращается по назначению в световое излучение, а 95 % в виде тепла рассеивается в окружающей среде.

3. Когда Вы употребляете пищу, при изменении ее химического состава в вашем организме выделяется энергия (используемая организмом для обеспечения процессов жизнедеятельности). В конечном итоге она также идет на увеличение внутренней энергии окружающей среды.

Из всех этих примеров видно, что мы практически никогда не можем восстановить или повторно использовать высококачественную энергию для выполнения полезной работы. Будучи раз использованной, сконцентрированная высококачественная энергия, которая содержится в литре бензина, полене дров или куске урана, рассеивается в окружающей среде в виде низкопотенциального тепла. Мы можем частично поправить положение, используя часть бесполезно теряемой энергии в одном процессе для нагрева воздуха или воды в других процессах.

Чтобы любой организм нормально функционировал, он должен потреблять получаемые извне вещество и энергию высокого качества. Используя эти ресурсы, он возвращает в окружающую среду низкокачественное тепло. Так, тело человека постоянно излучает такое же количество тепла, как электрическая лампочка мощностью 100 Вт. Кроме того, постоянно выделяются в атмосферу молекулы оксида углерода и водяных паров. При реализации любого технологического процесса в окружающую среду выбрасываются низкокачественное тепло, а также вредные выбросы, сбросы и отходы.

Получается, что формы жизни – это многочисленные хранилища порядка, который поддерживается созданием океана беспорядка в окружающей их среде. Определяющей чертой любого развивающегося общества следует считать постоянно возрастающие масштабы использования ресурсов вещества и энергии высокого качества для поддержания порядка в организме человека, а также в более крупных хранилищах порядка, называемых цивилизациями. Значит, современные промышленные сообщества повышают энтропию окружающей среды в бóльших масштабах, чем на любом предыдущем этапе человеческой истории. Это энтропийный капкан.

Да, согласно второму закону термодинамики, избежать увеличения энтропии окружающей среды нельзя. Но логика подсказывает, что с каждой новой энергетической эпохой развития общества (см. п. 1.1) человечество обязано не только механически увеличивать потребление энергии, но и сводить к минимуму то количество энтропии, которое производит само.

И конечными лимитирующими показателями здесь должны быть уровни удельного потребления энергии, других ресурсов, а также выхода выбросов, сбросов и отходов на единицу валового внутреннего продукта, а уже потом душевое потребление энергии на душу населения. При оценке затрат энергии на выпуск конкретной продукции этим показателем должна быть ее энергоемкость.