Тема 1.2.6. Экологические проблемы, связанные с применением тепловых машин, и проблема энергосбережения.

В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями. Они приводят в движение автомобили и самолеты , трактора, корабли и железнодорожные локомотивы. Электрический ток вырабатывается преимущественно с помощью тепловых машин. Именно появление и развитие тепловых машин создало возможность для быстрого развития промышленности в 18-19 вв.

Работа тепловых машин связана с использованием ископаемого топлива. Современное мировое сообщество использует энергетические ресурсы в громадных масштабах. Например, за 1979 г. энергопотребление составило примерно 3*10.17 кДж.

Все тепловые потери в различных тепловых двигателях приводят к повышению внутренней энергии окружающих тел и в конечном счете атмосферы. Казалось бы, что выработка 3*10.17 кДж энергии в год, отнесенная к площади освоенной человеком суши(8,5 млрд га) даст ничтожную величину 0,11 Вт/м2 по сравнению с поступлением лучистой энергии Солнца на земную поверхность: 1,36 кВт/м2.

Однако при повышении ежегодного использования первичных энергоресурсов всего в 100 раз средняя температура на Земле повысится примерно на 1 градус. Дальнейшее повышение температуры может привести к интенсивному таянию ледников и катастрофическому повышению уровня Мирового океана, к изменению природных комплексов, что существенно изменит условия жизни человека на планете. Но темпы роста энергопотребления увеличиваются, и сейчас создалось такое положение , что до увеличения температуры атмосферы потребуется всего несколько десятков лет.

Однако человечество не может отказаться от использования машин в своей деятельности. Чтобы произвести одну и ту же необходимую работу , следует повысить КПД двигателя, что позволит расходовать меньше топлива, т.е. позволит не увеличивать энергопотребление. Бороться с негативными последствиями применения тепловых машин можно только путем увеличения эффективности использования энергии, путем ее экономии.

Топки тепловых электростанций, двигатели внутреннего сгорания автомобилей, самолетов и других машин выбрасывают в атмосферу вредные для человека, животных и растений вещества, например, сернистые соединения (при сгорании каменного угля), оксиды азота, углеводороды, оксид углерода(угарный газ СО), хлор и т.д. Эти вещества попадают в атмосферу (в атмосфере Северной Америки и Западной Европы сформировались два гигантских зонта загрязнения. В большей степени этому способствовали высокие трубы котелен (300 м и выше), которые рассеивают загрязняющие вещества над очень большими территориями. Оксиды серы и азота, образующиеся при сгорании топлива , соединяются с атмосферной влагой, образуя серную и азотную кислоты. Это стало причиной устойчивого выпадения кислотных осадков на ландшафты востока Северной Америки и почти всей Европы.

Огромный ущерб от кислотных осадков проявился в первую очередь в Канаде и Скандинавии, затем в Средней Европе в форме уничтожения хвойных лесов, уменьшения численности или вымирания ценных популяций рыб, снижения урожайности зерновых культур и сахарной свеклы. Загрязнение воздуха и водоемов, гибель хвойных лесов и некоторые другие факты отмечены в ряде регионов не только европейской, но и азиатской части России, а из нее- различные части ландшафта.

Особую опасность в увеличении вредных выбросов в атмосферу представляют двигатели внутреннего сгорания, ( Число машин угрожающе растет, а очистка отработанных газов затруднена. Проводится регулировка двигателей для более полного сгорания топлива и уменьшения содержания угарного газа Сов выбрасываемых продуктах сгорания. Разрабатываются двигатели, не выбрасывающие вредные вещества с отработанными газами, например, работающие на смеси водорода и кислорода.) установленные на автомобилях ,самолетах и ракетах.

Применение паровых трубин на электростанциях требует много воды и больших площадей, занимаемых под пруды для охлаждения отработанного пара. ( Например, в 1980 г. в нашей стране для этих целей потребовалось около 200 км*3 воды, что составило 35% промышленного водоснабжения. С увеличением мощности электростанций потребность в воде и новых площадях резко возрастает. Для экономии площади и водных ресурсов целесообразно сооружать комплексы электростанций, но обязательно с замкнутым циклом водоснабжения.)

Из-за большого электропотребления в ряде регионов планеты возможность самоочищения их воздушных бассейнов оказалась уже исчерпанной. Необходимость значительно снизить выброс загрязняющих веществ привела к использованию новых видов топлива, в частности к строительству атомных электростанций ( АЭС).

Но на атомных электростанциях встают другие проблемы: захоронение опасных радиоактивных отходов, а также проблема безопасности. Это показала катастрофа на Чернобыльской АЭС. При решении экологических проблем, связанных с использованием тепловых машин, важнейшую роль должны играть постоянная экономия всез видов энергии, переход на энергосберегающие технологии.