Природоохранная деятельность

Введение

 

   В начале 21 века экологическая ситуация во всем мире и во многих регионах нашей страны продолжает ухудшаться. Наступление человеческой цивилизации на окружающую среду проявляется в усилении парникового эффекта, выпадения кислотных осадков, утоньшения озонового слоя, загрязнении гидросферы, уничтожении лесов и почвенного покрова, сокращении биоразнообразия. Все эти проблемы сегодня обсуждаются в СМИ и в научных кругах.

   Причиной наступления  цивилизации на природу является  увеличение в первую очередь  демографический «взрыв». Не менее  важную роль играет и потребительский  характер нашей цивилизации: исходное  представление, что природа бесконечно  богата и ее единственная задача  – служить людям, а также  чрезмерное потребление ресурсов  природы и загрязнение окружающей  среды в первую очередь богатыми  развитыми странами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Экологические проблемы энергетики

1. Энергия в жизни человека

 

     От Солнца Земля получает энергию Р_с=1,74·10¹⁷ Вт=1,74·10⁵ ТВт (1 ТВт=10¹² Вт). 30% солнечной энергии отражается в космическое пространство Р₀=5,2·10¹⁶ Вт. Основная часть Р_с  идет на нагрев Земли (47% от Р_с).

     Начиная с  овладения огнем, человек в  своей жизнедеятельности постоянно  использовал и другие, кроме пищи, источники энергии, его энергетическая  мощь постоянно возрастала. На  душу населения современный человек  затрачивает почти в 100 раз  больше энергии, чем первобытный  человек. Величина удельного потребления энергии на душу населения отражает уровень жизни в данной стране. Чем выше удельное потребление энергии, тем выше уровень жизни.

     В промышленно  развитых странах (как и в  нашей стране) эта величина достигает  от 3 до 7 кВт/чел. Десять развитых  стран потребляют 70% энергии. Однако  около 75% населения Земли в  развивающихся странах потребляет 0,5 кВт мощности, а 8% людей расходуют  мощность 100 Вт на одного человека. Это соответствует потреблению  энергии первобытного человека, что неизбежно приводит к голоду  и лишениям.

      Для оценки  энергии, потребляемой человечеством  в год, используются различные  единицы:

• 1 экзаджоуль = 1 ЭДж = 10¹⁸ Дж;
• 1 млрд кВт·ч;
• 1 млн т условного топлива (1 млн т у.т.) с теплотворностью 7 тыс. ккал/кг.

 Эти единицы связаны между собой следующими соотношениями:

• 1 ЭДж = 278 млрд кВт·ч = 300 млрд кВт·ч;
• 1 ЭДж = 34,25 млн т у.т. = 35 млн т у.т.;
• Иногда используется единица Q.

1 Q = 10³ ЭДж = 2,93·10¹⁴ кВт·ч = 2,93·10⁵ млрд кВт·ч.

           По оценкам, к концу 21 века суммарная мощность возрастет до р = 60 ТВт (при N = 12 млрд), а суммарное потребление энергии в год – примерно до 2 Q, т.е. до 2000 ЭДж.

   

 

 

 

2.     Энергетические ресурсы

 

   В настоящее время свои энергетические потребности человечество удовлетворяет в основном за счет углеродосодержащих видов топлива (каменного угля, нефти, газа, дров, сланцев, торфа) и урана.

   Разведанные запасы  каменного угля оцениваются в  1280 млрд т, нефти – 137 млрд  т (66% на Среднем Востоке), газа  – 142 трлн м³ (40% в Восточной Европе и СНГ, 36% - в России, 32% - на Среднем Востоке) (данные 1993 г.).

   При современном  уровне добычи нефти и газа  их запасы кончатся после 2050 г. В общем производстве энергии  в 1996 г. на долю нефти приходилось  40%, угля – 28%, газа – 23%. АЭС  создавали 7% энергии, прочие источники  энергии давали 2,6%. Нефть и газ дают примерно 2/3 потребляемой в мире энергии и являются основой экономики современного общества. При современном уровне добычи нефти и газа их запасы кончатся после 2050 г. Запасы урана ²³⁵U, который используется в качестве топлива для реакторов на тепловых нейтронах, будут исчерпаны через 50 лет.

   Важную роль в  жизни населения развивающихся  стран играют дрова. По данным  ФАО, в 1998 г. более 2 млрд человек  в странах Азии, Африки и Латинской  Америки для приготовления пищи  и обогрева используют древесину.  На эти цели в развивающихся  странах расходуется 80% древесины.

   Различные оценки  показывают, что имеющиеся на  Земле ресурсы топлива достаточны  для обеспечения потребностей  человечества в течение 21 века.

   Энергетика является  одной из наиболее крупномасштабных  отраслей промышленного производства. Это основа развития всех отраслей  промышленности, определяющих прогресс  в целом.

   Вместе с тем,  самым серьезным фактором загрязнения  природной среды являются добыча  и использование ископаемых энергоносителей,  прежде всего нефти, угля и  природного газа, обеспечивающего  более 90% мировой потребности  в энергии.

 

3.       Экологические характеристики тепловой энергии

 

   Сжигание углеродосодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода СО₂, которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.

   Наличие в сжигаемом  угле добавок серы приводит  к появлению окислов серы, они  поступают в атмосферу  и  после реакции с парами воды  в облаках создают серную кислоту, которая с осадками падает на землю. Так возникают кислотные осадки с серной кислотой. Другим источником кислотных осадков являются окислы азота, которые возникают в топках ТЭС при высоких температурах. Далее эти окислы поступают в атмосферу, вступают в реакцию с парами воды в облаках и создают азотную кислоту, которая вместе с осадками попадает на землю. Так возникают кислотные осадки с азотной кислотой.

   В каменном угле  и летучей золе содержатся  значительные количества радиоактивных  примесей (²²⁶Ra, ²²⁸Ra и др.). Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10-20 раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.

   Тепловая энергетика  требует изъятия территорий для  добычи топлива, его транспортировки,  размещения электростанций и  линий электропередачи, для отвалов  со шлаком.

 

4.       Экологические характеристики атомной энергетики

   Важную роль во многих странах играет атомная энергетика. В нашей стране построены атомные реакторы двух типов: ВВЭР-1000-водо-водяной энергетический реактор (18 реакторов) и РЮМК-1000 – реактор большой мощности канальный (11 реакторов).

   Использование ядерного  топлива не создает на АЭС  двуокиси углерода СО₂, т.е. не способствует развитию парникового эффекта, а также не создает окислов серы и азота, приводящих к кислым осадкам. Теплотворная способность ядерного топлива примерно в 2 млн раз выше, чем у углеродосодержащего топлива.

   Эксплуатация АЭС  позволяет экономить в мире 400 млн т нефти ежегодно. Себестоимость  энергии на АЭС в нашей стране  в 1,5-2 раза меньше, чем на ТЭС.  Однако в расчете на единицу  производимой электрической энергии  АЭС сбрасывает в окружающую  среду больше тепла, чем ТЭС  в аналогичных условиях. Это связано  с меньшим КПД АЭС.

   Кроме того, наличие большого количества АЭС приведет к переработке (остекловывание отходов и захоронение в глубинных стабильных геологических формациях), транспортировке и захоронению в штатах или на дне моря больших количеств продуктов радиоактивного распада, способных уничтожить все человечество. Опасность для людей представляют и аварии на АЭС, сопровождающиеся выбросом радиоактивных продуктов распада в атмосферу.

 

5.       Экологические характеристики гидроэнергетики

 

   Гидроэлектростанции (ГЭС) являются давно используемым источником электроэнергии. Гидроэнергия непрерывно возобновляется и будет существовать до тех пор, пока энергия Солнца поступает на Землю. Однако работа ГЭС имеет ряд экологических недостатков:

• Затопление земель, пригодных для сельского хозяйства;
• Изменение климата в зонах водохранилищ;
• Нарушение условий существования и нереста рыбы, сокращение рыбных запасов;
• Разрушение ГЭС при военных действиях приведет к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой в десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС;
• Строительство ГЭС приводит к наведенной сейсмичности, в частности в США и Индии возникали землетрясения, разрушившие ГЭС.

 

 

6.       Экологические характеристики альтернативных источников энергии

 

   В настоящее время, перспективной является энергетика, основанная на использовании солнечной энергии, энергии ветра, малых рек, приливов и волн, геотермальной энергии, энергии биомассы и т.п. 

   Солнечная энергия  обладает рядом преимуществ. Она имеется повсюду, практически неисчерпаема и доступна в одной и той же форме на бесконечно долгий период времени. Однако солнечная энергия обладает низкой плотностью потока (800-1000 Вт/м²), ее интенсивность меняется в течении суток, зависит от сезона и т.д. Косвенными видами солнечной энергии являются энергия ветра, волн, приливов, тепловые градиенты океана, гидроэнергия и энергия, полученная благодаря фотосинтезу. Условно выделяют четыре направления использования солнечной энергии: теплотехническое, фотоэлектрическое, биологическое и химическое.

   Экологическими недостатками  солнечных электростанций являются  большие затраты материалов и  нарушения экологического равновесия  под солнечными батареями, занимающими  площадь в несколько гектаров.

   Одним из наиболее перспективных в будущем представляется процесс разложения воды на водород и кислород под действием солнечной радиации. Дело в том, что запасы воды на Земле практически неограниченны, а водород – это ценный химический продукт, который можно использовать в виде экологически чистого топлива, не дающего вредных отходов.

   Все большее внимание  привлекает использование энергии  ветра, поскольку в масштабах  планеты энергия ветра в 1000 раз превосходит гидроэнергию. В качестве главного экологического недостатка ветроэлектростанций (ВЭС) отмечают генерацию ими инфразвукового шума, вызывающего постоянное угнетенное состояние, чувство дискомфорта  и беспокойства.

   Геотермальная энергетика на базе термальных (горячих подземных) вод развивается достаточно интенсивно в США, на Филиппинах, в Мексике, Италии, Японии, где построены геотермальные тепловые электростанции. В России большие ресурсы геотермальной энергии имеются на Камчатке, Сахалине и Курильских островах, меньшие – на Кавказе. Также в мире наиболее развиты работы по приливным электростанциям (ПЭС).

   Перспективно производство  энергии биомассы, получаемой в  результате переработки органических  отходов. Разработаны технологии  производства биогаза и этанола,  которые можно использовать как  топливо и компост (органические  удобрения) из органических отходов  животноводческих комплексов, свинокоплексов, птицефабрик, городских сточных  вод, бытовых отходов, отходов  деревообрабатывающей промышленности.

 

7. Экономия энергии

 

   Экономические и  экологические соображения требуют  всемирной и повсеместной экономии  энергоресурсов. Такая экономия  позволит уменьшить расходы на  производство продукции, сохранить  энергоресурсы для будущих поколений,  уменьшить загрязнение окружающей  среды.

   Использование энергосберегающих   технологий позволяет снизить  потребление энергии в 1,5 раза (30%). Например, использование экономичных люминесцентных или натриевых ламп вместо ламп накаливания, изменение конструкции двигателей автомобилей  (достигается большая экономия нефтепродуктов и снижение вредных выбросов в атмосферу) и т.д. Необходимо экономить энергию не только в промышленности, но и в быту.

 

 

2. Влияние транспорта на окружающую среду

 

   Наряду с энергетикой,  промышленностью, сельским хозяйством  и строительством на окружающую  среду существенное воздействие  оказывает транспорт.  Воздействие различных видов транспорта на окружающую среду происходит различными путями:

• Увеличение населенных пунктов, промышленных предприятий, транспортных сооружений приводит к уменьшению площадей плодородных земель, пригодных для возделывания культурных растений;
• Транспорт – один из крупнейших потребителей пресной воды. Большое количество воды используется всеми видами транспорта для различных технологических и технических целей (пар для турбин, вода для охлаждения двигателей, жидкости для мойки экипировки подвижного состава и прочих процессов);
• Транспорт вместе с промышленностью являются в настоящее время главными источниками загрязнения воздушного бассейна. Современный автомобиль для сгорания 1 кг бензина расходует около 200 л кислорода. Это больше объема кислорода, вдыхаемого человеком на протяжении суток. В среднем при пробеге 15000 км за год автомобиль сжигает 1,5-2 т топлива и 20-30 т кислорода. Реактивный пассажирский самолет при перелете из Парижа в Нью-Йорк тратит 35 т кислорода.