Природные ресурсы. Лекция 2

1.

Природные ресурсы
• Природные ресурсы − компоненты природной среды,
природные и природно-антропогенные объекты, которые
используются или могут быть использованы при осуществлении
хозяйственной и иной деятельности в качестве
• источников энергии,
• продуктов производства и
• предметов потребления.
Это
• солнечное излучение,
• вода,
• воздух,
• почва,
• растения,
• животные,
• полезные ископаемые.

2.

Классификация природных ресурсов
Земли

3.

Виды природных ресурсов

4.

Любой природный ресурс должен рассматриваться со
следующих позиций:
• как объект международного права или как объект
конкретного государства;
• обеспеченность конкретным ресурсом;
• отношение конкретного ресурса к возобновляемым или
невозобновляемым.
• Государства вправе использовать собственные природные
ресурсы в соответствии со своей национальной
политикой, однако на них лежит ответственность за то,
чтобы их деятельность не причиняла ущерба окружающей
среде других стран или регионов, лежащих за пределами
национальной территории.

5.

Объекты, которые не вошли в
категорию международных,
могут при необходимости
выступать в качестве объектов
международного
сотрудничества.

6.

Континентальный шельф
Континентальный шельф
включает морское дно и
недра подводных районов,
находящихся за пределами
территориального моря на
всем протяжении
естественного продолжения
сухопутной территории
государств
Весьма важно понятие
экономической зоны. Это
морской район, находящийся
за пределами
территориального моря, и
прилегающий к нему район с
особым правовым режимом,
установленным
международными
договорами и нормами
международного права.
.

7.

Ресурсообеспеченность
Ресурсообеспеченность − это соотношение между величиной
конкретного природного ресурса и интенсивностью его
использования, при этом она выражается либо количеством лет,
на которые должно хватить данного ресурса, либо его запасами из
расчета на душу населения страны.
• Статус континентального шельфа тесно связан с понятием его
природных ресурсов, в них входят минеральные и другие
неживые ресурсы морского дна и его недр, а также живые
организмы, относящиеся к «сидячим водам», т.е. организмы,
которые в период, когда возможен их промысел, находятся в
неподвижном состоянии на морском дне или под ним, не
способны передвигаться без постоянного физического контакта
с морским дном или его недрами.

8.

• Природные ресурсы подразделяют на две группы:
возобновляемые и невозобновляемые.
• К первым относят ресурсы, способные к восстановлению через
размножение (животные и растения) или другие природные
циклы за сроки, соизмеримые со сроками их потребления.
• К невозобновляемым причисляют ресурсы, которые не
восстанавливаются или восстанавливаются во много раз
медленнее, нежели используются человечеством. Это полезные
ископаемые, находящиеся в недрах Земли.
К возобновляемым относят все виды энергии, непрерывно
действующие в биосфере Земли: солнечную, ветровую, энергию
океана и гидроэнергию рек.
Невозобновляемые источники − ископаемые виды топлива,
ядерная и термоядерная энергия.
Важное различие этих источников состоит в их влиянии на
биосферу Земли.

9.

Классификация
возобновляемых
источников
энергии

10.

Добавляющая (загрязняющая) и
недобавляющая (безотходная) энергетика
• Энергетика, основанная на невозобновляемых
источниках, способствует дополнительному нагреву
окружающей среды, поэтому они именуются
добавляющими, т.е. их энергия добавляется к энергии
планеты, которая обеспечивается Солнцем.
• Использование возобновляемых источников энергии не
приводит к дополнительному нагреванию планеты,
поэтому такую энергию называют недобавляющей или
альтернативной.
• недобавляющую энергию можно условно назвать
безотходной, в то время как добавляющая должна
рассматриваться как загрязняющая окружающую среду.

11.

Добавляющие и недобавляющие
энергетические ресурсы

12.

Солнечные батареи
• Фотовольтаика — единственная технология прямого превращения
энергии солнечного света в электричество.
• В некоторых случаях солнечные батареи уже конкурентоспособны,
например — в домах в удаленной местности.
• Однако их дальнейшее внедрение тормозит высокая стоимость и
невысокий кпд. Улучшение этих показателей — главное условие
развития солнечных батарей. Нанотехнологии могут решить обе
проблемы.
• Уменьшить стоимость солнечных батарей можно, если использовать
более дешевые материалы и более дешевые процессы производства.
• Используя наночастицы, можно увеличить отношение площади
поверхности батареи к объему, в результате чего кпд возрастет.
• Наибольшие значения КПД были достигнуты для систем на основе
материалов AIIIBV, в то время как для остальных полупроводников КПД
в настоящее время не превышает 20-25%.

13.

Виды солнечных батарей
• Солнечные батареи, сенсибилизированные красителями
• Квантовые колодцы, углеродные нанотрубки и фуллерены,
нанонити и дендримеры

14.

Кремниевые солнечные батареи
на их долю сегодня приходится 90% рынка
фотовольтаических элементов, бывают двух типов:
• монокристаллические и
• поликристаллические.
Первые имеют наибольший кпд (для коммерческих
продуктов обычно 15%, а в лабораторных условиях — до
25%), но, как уже было отмечено выше, такие батареи
дороги, так как в них используется сверхчистый
полупроводник.
Поликристаллические батареи дешевле, но из-за
нерегулярностей кристаллической структуры их кпд заметно
ниже.

15.

Экологичны ли кремниевые
солнечные батареи?
• Хотя кремниевые солнечные панели считаются одними из
самых чистых и возобновляемых источников энергии среди
доступных источников, они оказывают неблагоприятное
воздействие на окружающую среду – солнечные
электростанции требует больших участков земли, что может
нарушить экосистему окружающей среды..
• Для производства фотоэлектрических ячеек требуется
монокристаллический кремний, технология получения которого
затратна и небезопасна из-за применения ядовитого
тетрахлорида кремния, неорганических кислот и выделения в
ходе производства вредных и опасных веществ, которые
отрицательно влияют на природную среду и работников,
занятых на данном производстве.
• К тому же производство кремниевых солнечных элементов
энергоемкое и требует дорогостоящего, громоздкого
оборудования.

16.

Пленочные батареи из аморфного
кремния
• Здесь используются не кристаллы кремния, а так
называемый силан (кремневодород). Его наносят на
подложку, внутри батарей. КПД у такого вида
солнечных батарей намного ниже — около 5%. Но всё
не так плохо! Есть и преимущества, среди которых
можно назвать: намного лучшее поглощение (в 20 раз
лучше), лучше работает при отсутствии прямого
солнца, когда пасмурно, эластичность панелей.
• Плёночные панели — это следующий шаг развития
источников питания на солнечной энергии. Шаг,
который продиктован в первую очередь
необходимостью снижения цен на производство
батарей и стремлением к повышению
энергоэффективности.

17.

Плёночные батареи на основе теллурида
кадмия и селенида меди-индия
• Кадмий — это материал, который обладает высоким уровнем
светопоглощения, открытый как материал для солнечных
батарей в 70-х годах. Самой главной проблемой в
использовании такого материала является его ядовитость.
Также, несмотря на низкий КПД (CdTe) в районе 10%, стоит
единица мощности в таких батареях меньше, чем у аналогов.
• Чрезвычайно высока способность к поглощению солнечного излучения у диселенида меди и индия (CuInSe2). КПД достигает
15 %. Селен также относится к ядовитым элементам.
Структура солнечного
элемента на основе CdTe

18.

Солнечные батареи,
сенсибилизированные красителями
• солнечные панели работающие по этому принципу, скорее
напоминают процесс фотосинтеза в природе.
• Суть инновации в том, чтобы использовать оконное стекло в
качестве панели, добывающей солнечную энергию.

19.

Солнечные ячейки на стекле
• Солнечная ячейка состоит из двух электродов:
• Прозрачная проводящая пленка оксида индия-олова
(ITO) наносится на стекло для создания тоководов.
• Пленку TiO2 наносим на проводящее стекло
• Для создания электрохимической ячейки полученную
структуру стекло/ITO/TiO2 покрываем ITO стеклом.
• Вводим между ними жидкий электролит.
• Экспериментальный образец
Солнечное окно

20.

Полимерные батареи и перспективы
развития солнечных батарей
• В полимерных батареях в качестве тонких пленок используют
некоторые органические полимеры (например,
полифениленвинилен), имеющие свойства полупроводников. У
них низкая себестоимость, однако низок и кпд (5 %) . К тому же
они чувствительны к воздуху и влажности.
• Квантовые колодцы, углеродные нанотрубки и фуллерены,
нанонити и дендримеры также при¬влекают к себе внимание
как материалы для солнечных батарей. Сегодня приложения
нанотехнологий в области солнечных батарей находятся на
стадии фундаментальных исследований.
• Эти материалы и технологии станут лидирующими в
следующие десять лет наряду с солнечными батареями,
сенсибилизированными красителями.

21.

КПД солнечных элементов

22.

Многослойные солнечные батареи
• это батареи, имеющие многослойную структуру. Она формируется из слоев различных полупроводниковых материалов с
различной шириной энергетической зоны, последовательно
растущих на одном субстрате. В трехслойной батарее уже
достигнут кпд 34%. Такие батареи на гетероструктурах
сравнительно дороги, однако они могут найти применение,
например, в энергетических системах спутников.