Введение
Природный ресурс, который восстанавливается относительно быстро.
Возобновляемый ресурс (также известный как ресурс-поток, особенно когда речь идет о вечных ресурсах) – это природный ресурс, который восстанавливается, заменяя часть, истощенную в результате использования и потребления, либо естественным воспроизводством, либо другими периодически повторяющимися процессами за конечное время в масштабе человеческой жизни. Если скорость восстановления ресурса вряд ли когда-либо превысит человеческий временной масштаб, то такие ресурсы называют вечными. В 1962 году Пол Альфред Вайс определил возобновляемые ресурсы как: "Весь спектр живых организмов, обеспечивающих человека жизнью, волокнами и т.п.". Другим видом возобновляемых ресурсов являются ресурсы возобновляемой энергии. К распространенным источникам возобновляемой энергии относятся солнечная, геотермальная и ветровая энергия, которые все классифицируются как возобновляемые ресурсы. Пресная вода – пример возобновляемого ресурса.
Водные ресурсы
Вода может считаться возобновляемым ресурсом при условии тщательного контроля за использованием, температурой, обработкой и сбросом. В противном случае, в данном месте она станет невозобновляемым ресурсом. Например, поскольку подземные воды обычно извлекаются из водоносного горизонта со скоростью, значительно превышающей скорость их очень медленного естественного восстановления, они считаются невозобновляемым ресурсом. Изъятие воды из пор в водоносных слоях может привести к необратимой компрессии (оседанию), которую невозможно восстановить. 97,5% воды на Земле – это соленая вода, а 3% – пресная; чуть более двух третей этой пресной воды заключено в ледниках и полярных ледяных шапках. Оставшаяся незамерзшая пресная вода находится главным образом в виде грунтовых вод, при этом лишь небольшая доля (0,008%) присутствует на поверхности или в атмосфере. Загрязнение воды – одна из основных проблем в отношении водных ресурсов. По оценкам, 22% мировых водных ресурсов используется в промышленности. К основным промышленным потребителям относятся гидроэлектростанции, тепловые электростанции (использующие воду для охлаждения), металлургические и нефтеперерабатывающие заводы (использующие воду в химических процессах) и производственные предприятия (использующие воду в качестве растворителя), а также для сброса отходов. Опреснение морской воды рассматривается как возобновляемый источник воды, однако для достижения полной возобновляемости необходимо снизить ее зависимость от ископаемого топлива.
Несельскохозяйственная пища
Пища – это любое вещество, употребляемое в пищу для обеспечения организма питательными веществами. Большинство продуктов питания происходит из возобновляемых ресурсов. Пища добывается непосредственно из растений и животных. Хотя охота, возможно, и не является основным источником мяса в современном мире, она по-прежнему остаётся важным и необходимым источником для многих сельских и отдалённых сообществ. Она также является единственным источником питания для диких хищников.
Устойчивое сельское хозяйство
Термин «устойчивое сельское хозяйство» был предложен австралийским ученым-агрономом Гордоном МакКлимонтом. Оно определяется как «интегрированная система методов производства растений и животных, применяемая с учетом специфики конкретной местности и рассчитанная на долгосрочную перспективу». Расширение сельскохозяйственных земель снижает биоразнообразие и способствует обезлесению. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, в ближайшие десятилетия сельскохозяйственные земли будут продолжать сокращаться из-за промышленного и городского развития, а также осушения водно-болотных угодий и перевода лесных земель под сельскохозяйственные культуры, что приведет к потере биоразнообразия и усилению эрозии почвы. Хотя воздух и солнечный свет доступны повсеместно, урожайность культур также зависит от питательных веществ в почве и наличия воды. Монокультура – это метод выращивания только одной культуры на определенном поле, который может нанести вред земле и привести к ее непригодности для использования или снижению урожайности. Монокультура также может способствовать накоплению патогенов и вредителей, специализирующихся на одном конкретном виде. Великий ирландский голод (1845–1849 гг.) – хорошо известный пример опасностей монокультуры. Севооборот и долгосрочные системы севооборота способствуют восполнению азота за счет использования сидератов в сочетании со злаковыми и другими культурами, а также могут улучшить структуру и плодородие почвы путем чередования глубококорневых и поверхностнокорневых растений. Другие методы борьбы с потерей питательных веществ в почве включают возвращение к естественным циклам, при которых культивируемые земли ежегодно затапливаются (обеспечивая постоянное восполнение потерянных питательных веществ), такие как разливы Нила, долгосрочное использование биочара и использование местных сортов сельскохозяйственных культур и пород скота, адаптированных к неблагоприятным условиям, таким как вредители, засуха или недостаток питательных веществ. Сельскохозяйственная практика является одним из основных факторов, способствующих глобальному увеличению темпов эрозии почвы. По оценкам, «ежегодно в Южной Африке эродируется более миллиарда тонн почвы. Эксперты прогнозируют, что урожайность сельскохозяйственных культур снизится вдвое в течение тридцати-пятидесяти лет, если эрозия продолжится нынешними темпами». Пыльные бури 1930-х годов были вызваны сильной засухой в сочетании с методами ведения сельского хозяйства, которые не включали севооборот, залежные поля, покровные культуры, террасирование почвы и лесополосы для защиты от ветровой эрозии. Обработка сельскохозяйственных земель является одним из основных факторов, способствующих эрозии, из-за использования механизированной сельскохозяйственной техники, позволяющей проводить глубокую вспашку, что значительно увеличивает количество почвы, доступной для переноса водной эрозией. Феномен «пиковой почвы» описывает, как крупномасштабные методы интенсивного земледелия влияют на способность человечества производить продукты питания в будущем. Без принятия мер по улучшению методов управления почвой доступность пахотных земель может стать все более проблематичной. Ненадежный источник: дата=январь 2013
Методы борьбы с эрозией включают безотвальную обработку почвы, использование ключевой линии, создание ветрозащитных полос для удержания почвы и широкое использование компоста. Удобрения и пестициды также могут оказывать влияние на эрозию почвы, способствуя засолению почвы и препятствуя росту других видов. Фосфат является основным компонентом химических удобрений, наиболее часто используемых в современном сельскохозяйственном производстве. Однако, по оценкам ученых, запасы фосфатных пород будут истощены в течение 50–100 лет, а пик фосфата наступит примерно в 2030 году. Промышленная переработка и логистика также влияют на устойчивость сельского хозяйства. Способ и место продажи урожая требуют затрат энергии на транспортировку, а также на материалы, рабочую силу и транспортировку. Продукты, продаваемые в местных магазинах, например, на фермерских рынках, имеют меньшие энергетические издержки.
Воздух
Воздух — возобновляемый ресурс. Всем живым организмам необходимы кислород, азот (непосредственно или косвенно), углерод (непосредственно или косвенно) и множество других газов в небольших количествах для выживания.
Непродовольственные ресурсы
Важным возобновляемым ресурсом является древесина, получаемая посредством лесного хозяйства, которая с древних времен использовалась для строительства, жилищного строительства и дров. Растения предоставляют основные источники возобновляемых ресурсов, при этом основное различие заключается между энергетическими культурами и культурами, не предназначенными для производства продуктов питания. Широкий спектр смазочных материалов, промышленных растительных масел, текстиля и волокон, например, из хлопка, копры или конопли, бумаги, получаемой из древесины, ветоши или трав, биопластика, основан на возобновляемых растительных ресурсах. Разнообразные химические продукты, такие как латекс, этанол, смола, сахар и крахмал, могут быть получены из растительного сырья. Возобновляемые ресурсы животного происхождения включают мех, кожу, технические жиры и смазочные материалы, а также продукты их переработки, такие как, например, животный клей, сухожилия, оболочки, а в исторические времена – янтарь и китовый ус, получаемые при китобойном промысле. В отношении фармацевтических ингредиентов и легальных и нелегальных наркотических средств растения являются важными источниками, однако, например, яд змей, лягушек и насекомых был ценным возобновляемым источником фармакологических ингредиентов. До появления производства ГМО инсулин и важные гормоны получали из животных источников. Перья, важный побочный продукт птицеводства, используемый в пищевой промышленности, до сих пор применяются в качестве наполнителя и основы для кератина. То же самое относится и к хитину, производимому при выращивании ракообразных, который может служить основой для хитозана. Наиболее важной частью человеческого тела, используемой в немедицинских целях, являются человеческие волосы для изготовления искусственных волос, которые продаются по всему миру.
Историческая роль
Исторически возобновляемые ресурсы, такие как дрова, латекс, гуано, древесный уголь, древесная зола, растительные красители, например, индиго, и китовые продукты, имели решающее значение для удовлетворения человеческих потребностей, но не смогли обеспечить достаточный спрос в начале индустриальной эпохи. Однако значительная часть урожая (в центральной Европе) фермеров шла на корм скоту, который, в свою очередь, обеспечивал органические удобрения. Быки и лошади были важны для транспортировки, приводя в движение механизмы, например, беговые колеса. В других регионах проблему транспортировки решали с помощью террасирования, городского и приусадебного земледелия. Дальнейшие конфликты, например, между лесным хозяйством и животноводством, или между пастухами овец и фермерами, занимающимися разведением крупного рогатого скота, приводили к различным решениям. Некоторые ограничили производство шерсти и разведение овец крупными государственными и дворянскими владениями или передавали это профессиональным пастухам с большими кочующими стадами. Британская сельскохозяйственная революция в основном базировалась на новой системе севооборота – четырехпольной ротации. Британский агроном Чарльз Тауншенд заметил это новшество в голландском Ваасланде и популяризировал его в Великобритании в XVIII веке, а Джордж Вашингтон Карвер – в США. В этой системе использовались пшеница, репа и ячмень, а также вводился клевер. Клевер способен фиксировать азот из воздуха – практически неисчерпаемый возобновляемый ресурс – и превращать его в удобрения для почвы, что позволяло значительно повысить урожайность. Фермеры стали выращивать кормовые и пастбищные культуры. Таким образом, скот можно было разводить круглый год, избегая зимней бойни. Увеличилось количество навоза, что позволило выращивать больше урожая, и сократилась необходимость в выпаске скота в лесах.
Возобновляемые источники энергии, используемые для самообеспечения
Успех немецкой химической промышленности до Первой мировой войны был основан на замене колониального сырья. Компании-предшественники IG Farben доминировали на мировом рынке синтетических красителей в начале XX века и играли важную роль в производстве лекарственных препаратов, фотопленки, сельскохозяйственной химии и электрохимических веществ. Однако бывшие институты по селекции растений избрали иной путь. После потери немецкой колониальной империи ведущие ученые в этой области, такие как Эрвин Баур и Конрад Майер, перешли к использованию местных сельскохозяйственных культур как основы для экономической самодостаточности. Майер, будучи ключевым аграрным ученым и специалистом по пространственному планированию в нацистскую эпоху, руководил ресурсами Deutsche Forschungsgemeinschaft и направил около трети всех исследовательских грантов в нацистской Германии на сельскохозяйственные и генетические исследования, особенно на обеспечение ресурсов, необходимых в случае новой войны Германии.
Правовое положение и субсидии
Для увеличения доли возобновляемых источников энергии на рынке использовались различные юридические и экономические инструменты. В Великобритании применяются обязательства по использованию неископаемого топлива (Non Fossil Fuel Obligations, NFFO) – комплекс постановлений, требующих от операторов распределительных сетей электроэнергии в Англии и Уэльсе закупать электроэнергию у предприятий атомной энергетики и возобновляемых источников энергии. Аналогичные механизмы действуют в Шотландии (Шотландские распоряжения о возобновляемых источниках энергии в рамках Шотландского обязательства по возобновляемым источникам энергии) и Северной Ирландии (Северо-Ирландское обязательство по неископаемому топливу). В США используется система сертификатов возобновляемой энергии (Renewable Energy Certificates, RECs), основанная на схожем принципе. Немецкая Energiewende использует систему "зеленых" тарифов. Неожиданным следствием субсидирования стало быстрое увеличение объемов когенерации пеллет на традиционных электростанциях, работающих на ископаемом топливе (например, электростанция Tilbury), и цементных заводах, в результате чего древесина и биомасса обеспечивают около половины потребления возобновляемой энергии в Европе. Биовозобновляемые химические вещества могут стать заменой углеродному сырью на основе нефти, используемому в химической промышленности, и работать на солнечной энергии. Огромное разнообразие ферментов в живых организмах и потенциал синтетической биологии для модификации этих ферментов с целью создания новых химических функций могут стать движущей силой для развития химической промышленности. Важной платформой для создания новых химических веществ является поликетидный биосинтетический путь, который генерирует химические вещества, содержащие повторяющиеся алкильные цепи с возможностью введения широкого спектра функциональных групп в различные атомы углерода. Ведутся исследования полиуретанов с использованием возобновляемых ресурсов.
Биопластики
Биопластик – это вид пластика, получаемый из возобновляемых источников биомассы, таких как растительные жиры и масла, лигнин, кукурузный крахмал, гороховый крахмал или микроорганизмы. Наиболее распространенной формой биопластика является термопластичный крахмал. К другим формам относятся биопластики на основе целлюлозы, биополиэстер, полилактид (PLA) и полиэтилен биологического происхождения. Производство и использование биопластика обычно считается более экологичным по сравнению с производством пластика из нефти (нефтепластика); однако производство биопластиковых материалов часто по-прежнему зависит от нефти как от источника энергии и сырья. Из-за фрагментированности рынка и неоднозначности определений сложно оценить общий объем рынка биопластиков, но мировая производственная мощность оценивается в 327 000 тонн. Для сравнения, мировое потребление всей гибкой упаковки оценивается в 12,3 миллиона тонн.
Биоасфальт
Биоасфальт – это альтернатива асфальту, изготовленная из возобновляемых ресурсов, не основанных на нефти. Сырьем для производства биоасфальта служат сахар, патока, рис, кукурузный и картофельный крахмал, а также отходы, полученные из растительных масел. Асфальт, в котором в качестве связующего используется растительное масло, был запатентован компанией Colas SA во Франции в 2004 году.
Возобновляемая энергия
Возобновляемая энергия – это получение энергии из возобновляемых ресурсов, которые восстанавливаются естественным путем со скоростью, соизмеримой с их использованием. К ним относятся солнечный свет, ветер, биомасса, дождевая вода, приливы, волны и геотермальное тепло. Возобновляемая энергия может заменить традиционное топливо в четырех различных областях: производство электроэнергии, горячее водоснабжение и отопление, моторное топливо, а также энергоснабжение сельской местности (автономные системы). Производство оборудования для возобновляемой энергетики использует невозобновляемые ресурсы, такие как добытые металлы и земельные ресурсы.
Биомасса
Биомасса – это биологический материал, полученный из живых или недавно живших организмов, чаще всего растений или материалов растительного происхождения. Устойчивый сбор и использование возобновляемых ресурсов (то есть поддержание положительной скорости восстановления) может снизить загрязнение воздуха, загрязнение почвы, разрушение среды обитания и деградацию земель. Энергия биомассы получается из шести различных источников: мусора, древесины, растений, отходов, свалочного газа и спиртового топлива. Исторически люди использовали энергию, полученную из биомассы, с момента изобретения огня и сжигания дров, и древесина остается крупнейшим источником энергии биомассы и сегодня. Однако нетехнологичное использование биомассы, которое по-прежнему удовлетворяет более 10% мировых энергетических потребностей, может вызывать загрязнение воздуха в помещениях в развивающихся странах и привело к гибели от 1,5 до 2 миллионов человек в 2000 году. Тип биомассы, используемой для производства электроэнергии, варьируется в зависимости от региона. Лесозаготовительные отходы, такие как древесные остатки, широко распространены в Соединенных Штатах.
Биотопливо
Биотопливо – это вид топлива, энергия которого получается в результате биологической фиксации углерода. Биотопливо включает в себя топливо, полученное из биомассы, а также твердую биомассу, жидкое топливо и различные биогазы. Биоэтанол – это спирт, получаемый путем ферментации, главным образом из углеводов, содержащихся в сахарных или крахмалистых культурах, таких как кукуруза, сахарный тростник или мискантус. Биодизель производится из растительных масел и животных жиров. Биодизель получают из масел или жиров посредством трансэстерификации и он является наиболее распространенным видом биотоплива в Европе. Биогаз – это метан, образующийся в процессе анаэробного разложения органических веществ анаэробными микроорганизмами. Также это возобновляемый источник энергии.
Биогаз
Биогаз обычно представляет собой смесь газов, образующуюся при разложении органического вещества в отсутствие кислорода. Биогаз производится в процессе анаэробного сбраживания с участием анаэробных бактерий или ферментации биоразлагаемых материалов, таких как навоз, сточные воды, бытовые отходы, растительные остатки, растительная масса и сельскохозяйственные культуры. Основными компонентами биогаза являются метан и углекислый газ, а также в небольших количествах могут присутствовать сероводород (H2S), влага и силоксаны.
Природные волокна
Природные волокна — это класс волосковидных материалов, которые могут быть как непрерывными нитями, так и отдельными удлиненными фрагментами, напоминающими отрезы нити. Они могут использоваться в качестве компонента композиционных материалов, а также сплетаться в листы для производства таких изделий, как бумага или войлок. Волокна бывают двух типов: натуральные, состоящие из животного и растительного сырья, и искусственные, включающие синтетические и регенерированные волокна.
Угрозы для возобновляемых ресурсов
Возобновляемые ресурсы находятся под угрозой из-за бесконтрольного промышленного развития и роста. Ими необходимо тщательно управлять, чтобы не превысить способность природной среды к их возобновлению. Оценка жизненного цикла предоставляет систематический способ оценки возобновляемости. Это вопрос экологической устойчивости.
Вырубка лесов
Кроме того, что деревья служат источником топлива и строительного материала, они защищают окружающую среду, поглощая углекислый газ и производя кислород. Разрушение тропических лесов – одна из важнейших причин изменения климата. Вырубка лесов приводит к задержке углекислого газа в атмосфере. По мере накопления углекислого газа образуется слой в атмосфере, который удерживает солнечное излучение. Это излучение преобразуется в тепло, вызывая глобальное потепление, более известное как парниковый эффект. Вырубка лесов также оказывает влияние на круговорот воды в природе, уменьшая содержание воды в почве, грунтовых водах и атмосферной влажности. Обезлесение снижает связность почвы, что приводит к эрозии, наводнениям и оползням. Тропические леса являются домом для множества видов и организмов, обеспечивающих людей продовольствием и другими ресурсами. В связи с этим, производство биотоплива может оказаться неустойчивым, если оно способствует вырубке лесов.
Находящиеся под угрозой исчезновения виды
Некоторые возобновляемые ресурсы, виды и организмы находятся под очень высоким риском исчезновения из-за роста численности населения и чрезмерного потребления. По оценкам, более 40% всех живых видов на Земле находятся под угрозой вымирания. Многие страны приняли законы для защиты видов, подвергающихся охоте, и для ограничения практики охоты. Другие методы сохранения включают ограничение застройки территорий или создание охраняемых территорий. Красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения, Международного союза охраны природы (IUCN) является наиболее известной в мире системой оценки и ранжирования природоохранного статуса. На международном уровне 199 стран подписали соглашение о разработке Планов действий по сохранению биоразнообразия для защиты исчезающих и других видов, находящихся под угрозой.