ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Энтропийный капкан

Как уже отмечалось в гл. 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 (бесплатный сыр только в мышеловке). 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 нить лампы накаливания, 5 % этой энергии превращается по назначению в световые излучения, а 95 % в виде тепла рассеивается в окружающей среде.

3. Когда вы едите растительную пищу, например банан, его высококаче­ственная химическая энергия в вашем организме превращается в реальную электрическую и механическую энергию (используемую организмом для обеспечения процессов жизнедеятельности), а также в низкопотенциальное тепло.

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 вмешаться в сам процесс, на­пример дополнительно параллельно использовать часть бесполезно теряе­мой энергии для нагрева воздуха или воды (так называемый вторичный энергоресурс). Но в конечном итоге речь может идти об изменении коэф­фициента полезного действия данного процесса.

Для того чтобы любой организм, например человека, нормально функционировал, человек должен потреблять получаемые извне вещество и энергию высокого качества. Использовав эти ресурсы, вы возвращаете в окружающую среду низкокачественное тепло и менее упорядоченное ве­щество в виде отходов. 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. Итак, при реализации любого технологического процесса в окружающую среду выбрасываются низкокачественное тепло, а также по­ступают вредные выбросы, сбросы и отходы.

Таким образом, все 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 больших 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 человечество обязано не только механически увеличивать потребление энергии, но и сводить к минимуму то количество энтропии, которое производим мы сами.

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. При оценке затрат энергии на выпуск конкретной продукции этим показателем должна быть удельная энергоемкость, определенная путем сквозных расчетов по всей технологи­ческой цепи (методом энергетического анализа) - см. форм. (1.1), табл. 1.1 в разд. 1.3 данного учебника.