Уголь является одним из наиболее широко используемых ископаемых видов топлива в мире. Он сыграл важную роль в промышленной революции и продолжает обеспечивать теплом и электричеством миллиарды людей по всему миру. Но по мере того, как мы узнаем больше о воздействии мирового потребления угля на окружающую среду, становится ясно, что что-то должно измениться.
Некоторые страны уже начали постепенно отказываться от угля для сокращения выбросов углекислого газа, но другие по-прежнему в значительной степени полагаются на него для производства электроэнергии.
Давайте посмотрим на текущее состояние мирового потребления угля, его роль в производстве электроэнергии, а также оценим, какие виды возобновляемых источников энергии могут его заменить.
Какой процент стран мира использует уголь для производства энергии?
По данным CarbonBrief.org, генерирующая мощность угольных электростанций удвоилась за последние два десятилетия, но эти электростанции неравномерно распределены по всему миру. Большинство угольных электростанций расположены в Азии, при этом высокие уровни потребления угля наблюдаются также в некоторых частях Европы и Северной Америки.
В Южной Америке, Африке и Океании сравнительно мало угольных электростанций, а несколько стран, включая Уругвай, Коста-Рику и некоторые части Европейского Союза, вообще не используют уголь для производства электроэнергии.
Каков общий объем мирового потребления угля?
По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), мировое потребление угля в 2023 году превысит 8 миллиардов тонн. На угольную энергетику приходится 37 % мирового производства электроэнергии, или эквивалент 44 000 тераватт-часов электроэнергии.
Но производство электроэнергии — не единственный способ использования угля. Металлургический уголь, который содержит больше углерода, чем энергетический, используется в процессе производства чугуна и стали. По данным EIA, около 1 миллиарда тонн ежегодного потребления угля приходится на металлургический уголь, а энергетический составляет остальные 7 миллиардов.
Какая страна потребляет больше всего угля?
На долю Китая приходится большая часть мирового потребления угля — чуть более 54%, при этом более 1 100 угольных электростанций производят около 82 эксаджоулей энергии.
На втором месте находится Индия, производящая 17,5 эксаджоулей энергии и обеспечивающая 11 % мирового потребления угля. На долю США приходится 6,1 % мирового потребления угля, за ними следуют Япония, Южная Африка, Россия и Индонезия.
В какой стране больше всего угля?
По данным Геологической службы США, в Соединенных Штатах имеется около 252 миллиардов тонн угля, что составляет около 22 % оставшихся мировых запасов.
В России имеется около 176 миллиардов тонн, за ней следуют Австралия с 159 миллиардами тонн и Китай с 149 миллиардами. Каждая из этих стран обладает примерно 13-15 % мировых запасов угля. Индия, Германия, Украина и Южная Африка обладают углем в гораздо меньших количествах.
Хотя США обладают крупнейшими запасами угля, страна не является лидером по его добыче. Штаты добывают только 640 миллионов тонн в год. Китай же добывает до 3,7 миллиардов тонн угля из-за более высокой зависимости от него в производстве электроэнергии. Индонезия экспортирует больше всего угля, за ней следуют Австралия и Россия.
Каков мировой расход угля?
Спрос на уголь снизился в 2020 году во время пандемии и продолжает снижаться в Европе и Северной Америке. Доля природного газа в энергетическом балансе США превзошла уголь, и многие угольные электростанции закрываются досрочно из-за роста цен на уголь и увеличения спроса на чистые источники энергии для борьбы с изменением климата.
Однако глобальный уровень потребления угля, вероятно, увеличится в ближайшие годы из-за потребления энергии в Китае, превысив предыдущий пик.
По некоторым прогнозам, запасов угля на планете хватит на 133 года. Но по мере того, как экологические последствия использования угля становятся все более очевидными, включая загрязнение воздуха и выбросы CO2, появляются веские аргументы против использования угля для производства электроэнергии.
Сколько энергии поступает из угля?
Уголь является чрезвычайно плотным источником энергии: одна метрическая тонна угля может произвести до 1 927 киловатт-часов электроэнергии. Для сравнения, природный газ может производить только 99 киловатт-часов на 1 000 кубических футов, а баррель мазута может производить до 578 киловатт-часов.
Так почему же некоторые электростанции переходят с угля на природный газ? Главным образом потому, что природный газ чище: уголь производит больше выбросов парниковых газов, чем любой другой источник энергии, что делает его плохим выбором с точки зрения экологии.
Откуда энергия в угле?
Энергия, содержащаяся в угле, была скрыта в Земле на протяжении миллионов лет. Как и другие виды ископаемого топлива, уголь состоит из спрессованных частиц растений и животных. Поскольку его формирование занимает очень много времени, его считают невозобновляемым источником энергии.
Угольные месторождения делятся на четыре типа:
- Антрацит: хотя это наиболее углеродоемкая форма угля, он составляет небольшую часть потребления угля в мире из-за своей редкости.
- Битуминозный: этот тип угля может использоваться для производства электроэнергии или в литейно промышленности.
- Суббитуминозный уголь: этот тип угля моложе и имеет меньшую плотность углерода, чем битуминозный уголь.
- Лигнит: имеет низкую плотность углерода (около 25-35 %) и может использоваться для производства электроэнергии или превращаться в синтетический природный газ.
Чтобы превратить уголь в электричество, его обычно измельчают, а затем подают в котел. Когда уголь сгорает, он производит пар, который вращает турбину, питающую генератор.
Это тот же процесс, который используется для выработки электроэнергии практически из любого ископаемого топлива, поэтому угольные электростанции при необходимости можно переоборудовать для работы на природном газе.
Почему уголь вреден для окружающей среды?
Уголь вреден для окружающей среды по нескольким причинам. Во-первых, поскольку залежи угля расположены под землей, их необходимо добывать, чтобы использовать.
Как поясняет EIA, процесс добычи угля может включать в себя инвазивные методы, которые наносят вред ландшафту и местной дикой природе. Подземные шахты менее разрушительны, но представляют другие риски, такие как утечки метана, которые могут поставить под угрозу жизнь рабочих и способствовать выбросам парниковых газов.
Когда уголь сжигается для производства электроэнергии, он выделяет дополнительные выбросы, такие как диоксид серы, оксид азота и даже тяжелые металлы, например, ртуть. Эти выбросы могут вызвать смог и кислотные дожди, способствуя респираторным заболеваниям и другим последствиям для здоровья людей, живущих рядом с электростанцией.
Что такое чистый уголь?
Понятие «чистый уголь» может означать практически что угодно, от буквальной промывки угля перед его сжиганием до удаления загрязняющих веществ, таких как диоксид серы, из его выбросов. Этот термин также может относиться к технологиям улавливания и хранения углерода, при которых CO2 закачивается глубоко в землю или иным образом удаляется из атмосферы.
Хотя эти технологии могут изменить ситуацию, они еще недостаточно эффективны, чтобы компенсировать ущерб от потребления угля.
Выживут ли угольные электростанции?
По мнению исследователей из Стэнфордского университета, угольные электростанции рассчитаны на 40 лет. Поскольку потребление угля теряет популярность, угольная промышленность сталкивается с проблемой: должны ли эти заводы оставаться открытыми, закрываться или переоборудоваться во что-то другое?
Хотя преобразование угольных электростанций в электростанции, работающие на природном газе, может быть возможным вариантом, он не единственный. Всемирный экономический форум отмечает, что энергетические компании могут найти новую жизнь для таких электростанций, перепрофилировав их в солнечные, ветровые или водородные.
Превращение угольной электростанции в солнечную ферму или хранилище энергии может помочь сохранить рабочие места и способствовать экономическому росту общества, одновременно поддерживая переход к экологически чистой энергетике и снижая нашу зависимость от ископаемого топлива.
Каковы лучшие альтернативы углю?
Сокращение выбросов углекислого газа — не единственная причина отказаться от потребления угля. Отказ от угля также может помочь странам стать более энергетически безопасными и менее зависимыми от продукции производителей угля или от ситуации на ресурсном рынке.
Лучшая альтернатива углю зависит от имеющихся ресурсов и энергетических потребностей рассматриваемой страны. Некоторые развивающиеся страны, такие как Непал, Демократическая Республика Конго, Намибия и Парагвай, не используют уголь поскольку они богаты гидроэнергетикой.
Коста-Рика полагается на сочетание гидро-, геотермальной, ветровой и солнечной энергии. Франция производит больше ядерной энергии на душу населения, чем любая другая страна в мире. А Великобритания получает около 6 % своей энергии из биотоплива, включая древесные гранулы, поставляемые из США.
Как потребление угля влияет на цену электроэнергии?
В 2020 году МЭА подсчитало, что уголь является самым дорогим источником энергии в США, его ориентировочная стоимость составляет 110 долларов за мегаватт-час. Природный газ обходится в 45 долларов за мегаватт-час, атомная энергия стоит 75 долларов за мегаватт-час, а солнечная энергия в коммунальных масштабах стоит 44 доллара за мегаватт-час.