1.5. Экологические проблемы энергетики

В предыдущих разделах этой главы мы обсудили одну из глобальных проблем – грозит ли человечеству энергетический голод (и выяснили, что нет).

А теперь обратимся к другой проблеме – можно ли допускать дальнейший рост энергетики?

а) Экологические последствия развития энергетики:

• эти последствия известны – недопустимое загрязнение атмосферы разными вредными газообразными веществами, аэрозолями, перегрев водоемов и рек, нарушение растительного покрова и ландшафта всей планеты (более далекие и более глобальные последствия: изменение климата в отдаленных районах мира, общий перегрев Земли, таяние ледников, подъем уровня воды в океанах);

• одним из первых отрицательных последствий обычно называют засорение воздушного бассейна (за год в атмосферу Земли выбрасывается: 130 млн. тонн твердых веществ, 180-200 – SO₂, 350-400 – CO, 60-65 – окислов азота, 80-90 - углеводородов). Т.о., вся наша атмосфера представляет собой аэрозоль, т.к. содержит массу взвешенных частиц. Всего в атмосферу из-за деятельности человека вносится 350-400 млн. тонн пыли (а из-за природных процессов – в 10 раз больше, но “человеческая пыль” сконцентрирована там, где живут люди). Например, в 1 см³ парижского воздуха – 100 000 пылинок, а над Тихим океаном - 500 (а в среднем в городе ~ в 10 раз больше, чем в сельской местности).

Из-за энергетики в атмосферу поступает 140-160 млн. тонн SO₂ (это очень вредный газ), а из природных источников – 600 млн. тонн.

Содержание окислов азота на 90% определяется природными источниками.

Наибольшее возмущение в состав атмосферы вносит CO, образующийся в энергоустановках (в основном в двигателях внутреннего сгорания) – около ¾ всего количества CO.

Всего атмосфера земного шара весит 5000 млрд. тонн и получается, что из-за природных процессов на 1 млрд. частей воздуха приходится 1-4 части NO₂ или SO₂.

Предельно допустимая для человека концентрация – 30 частей серы на 1 млрд. частей воздуха. В городах в среднем: 15-20, а во многих городах намного выше (в Чикаго в 1964г. - 150);

• засорение воздушного бассейна отрицательно влияет на здоровье людей; в декабре 1952г. в Лондоне солнце исчезло с небосвода, образовался смог (смесь дыма, вредоносных газов и тумана), который продержался 3-4 дня – и за это время умерло > 4000 человек; в июле 1970г. в Токио смог привел к отравлению 8000 человек (постоянные сообщения по токийскому радио и ТВ об опасности смога). Английские ученые определили, что из-за роста концентрации серы в воздухе с каждым годом снижается процент натуральных блондинок (и блондинов). Население нашей страны избавлено от смога, но есть города, где превышены предельно допустимые концентрации по некоторым газам (Кемерово – в основном из-за химии);

• кроме ухудшения здоровья людей, есть и другие последствия – кислотность дождевой воды, повышенная коррозия металлических конструкций, замедление роста лесов и культурных растений;

• еще одно последствие развития энергетики – повышение температуры окружающей среды. Единой точки зрения пока нет (некоторые считают, что рост температуры даже полезен, т.к. быстрее развиваются микроорганизмы, разлагающие вредные вещества).

АЭС вызывают большее тепловое загрязнение, чем ТЭС (из-за _t).

В настоящее время неизбежно общее повышение температуры в крупных промышленных районах – 2 Вт/м² в Японии (это ~ 1% солнечного энерговыделения там), в Рурском районе ФРГ – до 20 Вт/м² (а в среднем на Земле деятельность человека приводит к плотности искусственной энергии 0,02 Вт/м²).

Метеорологи считают, что повышение искусственного энерговыделения в таких районах (Рур, Бельгия, юго-восток США) может вызвать нарушение в генеральной циркуляции атмосферы всей планеты.

Заметим, что 2% доли искусственного тепла от солнечного – это 30Q/год!

Серьезные последствия для планеты Земля могут наступить и до достижения уровня 30Q/год – из-за изменения прозрачности атмосферы.

Речь идет о “парниковом” эффекте (CO₂ в атмосфере действует как стекло в оранжерее – пропускает солнечные лучи, но не выпускает отраженное тепловое инфракрасное излучение).

С другой стороны, увеличивается запыление атмосферы (именно им некоторые ученые объясняют ледниковый период, когда Земля якобы попала в плотное облако космической пыли). Появилась теория “ядерной зимы”.

За период с 1940 по 1980г. средняя температура нашей атмосферы упала на 0,5⁰С.

Следует отметить также и влияние энергетики на изменение мирового водного баланса – при использовании для орошения большей части стока рек, при создании больших искусственных водохранилищ.

б) Пути к “чистой” энергетике:

Отметим, что основную долю ответственности за тепловое загрязнение несет энергетика, а за химическое загрязнение - еще и другие отрасли промышленности.

Основные источники загрязнения – электростанции на угле и нефти, а также сжигание угля и нефти в котельных, печах в промышленности (металлургических, химических), двигателях внутреннего сгорания.

Защитные меры – улавливание пыли и газов. Уловить пыль довольно легко (есть недорогие фильтры с эффективностью 95-97%). Запыление атмосферы растет медленнее, чем энергетика и промышленность.

Газы уловить гораздо труднее (есть решение этой задачи – например, облагораживание, газификация угля или превращение его в жидкое топливо [метанол] – но это требует затраты энергии).

Двигатели внутреннего сгорания совершенствуются, их выбросы уменьшаются, но нужно искать новые виды энергоносителей (электроаккумуляторы, водородное топливо). Но выработка водорода тоже требует затрат энергии.

Т.о., химические загрязнения атмосферы можно предотвратить только ценой затрат энергии, а это опять же выбросы химических веществ.

Выход из этого положения – использование атомной энергии (для непосредственного энергоснабжения, а также в целях, указанных выше). Кроме того, надо шире использовать и другие виды “чистых” энергоисточников.

Влияние гидроэлектростанций на природу:

водохранилища отнимают большие луговые площади и пахотные земли. Часто погибает большая часть рыбы. Изменяется климат (арбузы в Ульяновской области перестали созревать).

Оценка “чистых” энергоисточников:

Критерием сравнения зарубежные специалисты выбрали число человеко-дней, потерянных (из срока жизни и трудовой деятельности) на выработанную единицу энергии:

ТЭС на природном газе – 1

АЭС – 1

ТЭС на угле – 200-300

СЭС на солнечной энергии – 2000-3000

Ветряная ЭС – 3000

Для СЭС и ВЭС требуется громоздкое оборудование из-за малой плотности энергии.

Т.о., атомная энергия наиболее чистая и безвредная среди масштабных энергоисточников.

Но остается проблема вредных выбросов в остальных отраслях промышленности (сейчас в среднем 95-98% исходного сырья уходит в отходы, а безотходная технология опять же требует энергии).

Регулирование теплового баланса Земли:

• размещение крупных ядерных источников с учетом их влияния на атмосферу;

• изменение отражающей способности Земли (посадка некоторых видов растительности в тундре);

• внесение определенных веществ в атмосферу (для создания затемняюще-отражающих слоев в атмосфере);

• отвод низкопотенциального тепла в космос через “окно”, существующее в атмосфере Земли для излучения с длиной волны от 8 до 13 микрон;

Все эти способы требуют больших затрат энергии, но нужда в них возникнет именно тогда, когда человек будет оперировать очень большими количествами энергии.