Тепловое загрязнение атмосферы и его роль в усилении парникового эффекта

Источники:

1. А. О. Кокорин. Наш будущий климат. Обзор доклада Всемирной метеорологической организации./ А. О. Кокорин.И. Г. Грицевич // Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы» №8, август 2005. – (http://esco-ecosys.narod.ru/2005_8/art166.htm)

2. В. П. Ануфриев. Энергоэффективность и проблема изменения климата. / В. П. Ануфриев, А. В. Чазов – М., 2006. – 193 с. – (http://www.wwf.ru/pic/docdb/publ/ural.pdf)

3. Голубев Г. Н. Геоэкология. / Голубев Г. Н. – М.: Изд-во ГЕОС, 1999. – 338 с.

4. Лопатин В. Н. Глобальное изменение климата, проблемы и перспективы реализации Киотского протокола в Российской Федерации. / Лопатин В. Н., Муравых А. И., Грицевич И. Г. – М.: РАГС, ЮНЕП, WWF*Россия, 2005. – 40 с. – (http://www.wwf.ru/data/publ/climate/rags.pdf)

На сегодняшний день практически  все страны мира столкнулись с проблемой деградации окружающей среды, глобальным изменением климата и необходимостью предотвращения дальнейшего развития этих процессов. Деятельность человека, в том числе деятельность транснациональных корпораций как высшая форма организации бизнеса, приняла формы чуждых для природной среды потоков движения материи, вызывающих ее химическое и тепловое загрязнение, а также механическое преобразование природных объектов. Возникла угроза здоровью людей и многим видам флоры и фауны.

Глобальные изменения  климата тесно связаны с загрязнением атмосферы промышленными отходами и выхлопными газами, тепловым загрязнением от сжигания топлива. Способствует изменению климата и урбанизация. Сейчас в городах живет примерно половина населения планеты. Город с населением в 1 миллион человек выбрасывает ежегодно в атмосферу 10 млн. т водяного пара, 2 млн. т газов (SO₂, CO₂, NO₂ и т.д.), примерно 20 тыс. т пыли и 150 т тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd и т.д.), в день производит 25 тыс. тонн СО₂ и 300 тыс. тонн сточных вод. Кроме этого, в больших городах температура воздуха выше на несколько градусов из-за большого количества «горячих» объектов: зданий, машин, и т.п. В развитых странах, находящихся в теплом климате, на кондиционирование воздуха расходуется больше энергии, чем на отопление. То есть борьба с потеплением с помощью кондиционеров приводит к еще большему потеплению.

Антропогенные загрязнения делятся на физические, химические, механические, биологические и микробиологические. К физическим относят загрязнения, связанные с изменением физических параметров среды. Это тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное загрязнения. Тепловое загрязнение является результатом повышения температуры среды за счет использования человеком энергии, главным образом при сжигании ископаемого топлива (90%), в связи с промышленными выбросами теплой воды, потоков дымовых газов или воздуха. При использовании энергия идет на нагревание окружающей среды. Ее глобальная мощность составляет 1013 Вт, или 0,02 Вт/м² (солнечная энергия — 390 Вт/м²). Тепловое загрязнение распределено неравномерно на поверхности Земли. В местах концентрации промышленности и населения образуются острова тепла. Сброс подогретых вод тепло- и электростанций создает обширные зоны теплового загрязнения в водоприемниках, где происходит перестройка видового состава сообществ водорослей. Тепловое загрязнение происходит также за счет изменения химического состава среды. Так, увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере Земли привело к усилению парникового эффекта, в совокупности составляющего 2 Вт/м², т.е. в 100 раз большему, чем за счет сжигания ископаемого топлива.

Современная энергетика является важнейшим фактором накопления в  атмосфере парниковых газов и, следовательно, наиболее важной причиной антропогенного изменения климата. Около 80% всей энергии в мире производится за счет тепловой энергетики. Опора в теплоэнергетике на использование горючих ископаемых и чрезвычайно высокая их доля в производстве энергии предопределяют специфический набор связанных с этим геоэкологических проблем.

Воздействие энергетики на биосферу проявляется на всех стадиях производства энергии: при извлечении и транспортировке ресурсов, при производстве, передаче и потреблении энергии. По объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу тепловая энергетика является наиболее крупной отраслью промышленности (27 % от общего количества выбросов всей индустрии России). Составляющими выбросов в основном являются твердые частицы (31% от общего количества выбросов), диоксид серы (42%), оксиды азота (24%). Передача электроэнергии приводит к образованию мощных электромагнитных полей вблизи линий электропередачи. Работа энергетических установок неизбежно связана с выбросами тепловой энергии.

Современная ТЭЦ мощностью 1000 мВт выбрасывает в воздух за год 165000 т газов и 500000 т твердых частиц. Тепловое загрязнение, то есть неиспользуемый выброс тепла, составляет около 60% производимой энергии. Каждая ТЭЦ нуждается в 4 км² площади, не считая площадей для складов, подъездных путей, градирен, линий электропередач, свалок и пр.

Воздействие тепловых электростанций на атмосферу во многом зависит от вида сжигаемого топлива. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. ТЭС, работающие на твёрдом топливе, интенсивно выбрасывают в атмосферу продукты угля и сланцев, содержащих до 50% негорючей массы и вредных примесей. Удельный вес ТЭС в электробалансе страны составляет 79%. Они потребляют до 25% добываемого твёрдого топлива и сбрасывают в среду обитания человека более 15 млн. т золы, шлаков и газообразных веществ.

Использование жидкого топлива (мазутов) исключает из отходов производства только лишь золу. При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствами самого топлива, а особенностями процессов сжигания. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Энергетические отходы, вызывающие тепловое загрязнение:

1. Энергетические отходы  в виде тепла – это физическое  тепло уходящих газов, физическое  тепло основной и побочной  продукции, тепловые потери от  охлаждения технологических агрегатов,  тепло горячей воды и пара, отработавших в технологических  и силовых установках;

2. Энергетические отходы  в виде избыточного давления  – потенциальная энергия газов  и жидкостей, покидающих технологические  агрегаты с избыточным давлением,  которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих газов и жидкостей или при выбросе их в окружающую среду.

Накопление парниковых газов  в атмосфере и последующее усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры приземного слоя воздуха и поверхности почвы. За последние сто лет средняя мировая температура повысилась приблизительно на 0,3–0,6°С. В особенности заметный рост температуры происходил в последние годы, начиная с 1980-х гг., которые были самым теплым десятилетием за весь период инструментальных наблюдений. Анализ глобальных данных по температурам воздуха позволил сделать обоснованный вывод о том, что наблюдаемый рост температуры обусловлен не только естественными колебаниями климата, но и деятельностью человека. Можно полагать, что прогрессирующее антропогенное накопление парниковых газов в атмосфере приведет к дальнейшему усилению парникового эффекта.

Очень важно также, что  относительно небольшие изменения средних показателей климата будут, по всей вероятности, сопровождаться повышением частоты редких, катастрофических событий, таких как тропические циклоны, штормы, засухи, экстремальные температуры воздуха и пр. Что, собственно, мы сейчас и наблюдаем.