Расскажи друзьям!

Экология и энергия на пороге 21 века.

Проблемы экологической безопасности.
План:
1.Энергетические проблемы;
2.Альтернативные виды энергии;
3.Фотогальванические элементы;
4.Энергия солнца;
5.Энергия рек;
6. Энергия ветра;
7. Энергия получаемая из водорода;
8. Навоз- это энергия ?
9.Экологические деревни;
10.Заключение;
С каждым днем Человек задумывается все глубже об экологии. Вводятся все более жесткие нормы токсичности, нормы выбросов. Это обуславливается тем, что экологическая обстановка в мире за последние несколько десятков лет сильно подорвана. Огромный урон приносят ГЭС, ТЭЦ, ТЭС… Запасы полезных ископаемых со временем исчерпываются. По оценкам специалистов, мировые ресурсы угля составляют 15, а по неофициальным данным 30 триллионов тонн, нефти - 300 миллиардов тонн, газа - 220 триллионов кубометров. Разведанные запасы угля составляют 1685 миллиардов тонн, нефти - 137 миллиардов тонн, газа - 142 триллионов кубометров. Существует точка зрения, что при нынешней ситуации запасов угля хватит примерно на 270 лет, нефти на 35-40 лет, газа на 50 лет.
Принимая во внимание проблемы экологии, проблемы иссякаемости полезных ископаемых, ученые все плотнее занимаются проблемами поиска новой энергии. Без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать. С каждым днем все ощутимее наблюдается тенденция к освоению альтернативных видов энергии. Есть несколько ответов на этот вопрос:
  1. непрерывный рост промышленности, как основного потребителя энергетической отрасли;
  2. необходимость значительных финансовых затрат на разведку новых месторождений, так как часто эти работы связаны с организацией глубокого бурения (в частности, в морских условиях) и другими сложными и наукоемкими технологиями.
  3. экологические проблемы, связанные с добычей энергетических ресурсов. Склады нефтепродуктов;
  4. проблема глобального потепления. Суть ее заключается в том, что двуокись углерода (СО2), высвобождаемая при сжигании угля, нефти и бензина в процессе получения тепла, электроэнергии и обеспечения работы транспортных средств, поглощает тепловое излучение поверхности нашей планеты, нагретой Солнцем и создает так называемый парниковый эффект;
Уже не одно десятилетие выдвигается множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Разработка некоторых проектов еще только начинается. На данный момент можно выделить основные предложения по использованию энергии:
  1. разложение атомных частиц;
  2. искусственные смерчи;
  3. энергия молнии;
  4. “биоэнергетика”;
И “традиционные” виды альтернативной энергии. Это энергия:
  1. солнца (основной вид неиссякаемой энергии)
  2. ветра
  3. энергия морских волн
  4. приливов
  5. отливов.
  6. преобразования в электроэнергию газа, выделяющегося на мусорных свалках,
  7. из навоза на звероводческих фермах.
Во всем мире, но, в особенности, учеными-исследователями Японии совершенствуются фотогальванические элементы на кремниевой основе. Если толщину солнечного элемента существующего стандарта уменьшить в 100 раз, то такие тонкопленочные элементы потребуют гораздо меньше сырья, что обеспечит их высокую эффективность и экономичность. Кроме того, их малый вес и исключительная прозрачность позволят легко устанавливать их на фасадах зданий и даже на окнах, для обеспечения электроэнергией жилых домов. Однако поскольку интенсивность солнечного света не всегда и не везде одинакова, то даже при установке множества солнечных батарей, зданию потребуется дополнительный источник электричества. Одним из возможных решений этого вопроса является использование солнечных элементов в комплексе с двухсторонним топливным элементом. В дневное время, когда работают солнечные элементы, избыточную электроэнергию можно пропускать через водородный топливный элемент (см. гл. ВОДОРОД) и таким образом получать водород из воды. Ночью же топливный элемент сможет использовать этот водород для производства электроэнергии.
Вообще говоря, Солнце- основной источник энергии в будущем. Солнце - неисчерпаемый источник энергии - ежесекундно дает Земле 80 триллионов киловатт, то есть в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Нужно только уметь пользоваться им. Например, Тибет - самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодня в Тибетском автономном районе Китая построено уже более пятидесяти тысяч гелиопечей. Солнечной энергией отапливаются жилые помещения площадью 150 тысяч квадратных метров, созданы гелиотеплицы общей площадью миллион квадратных метров. Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее. Новый рекорд в этом отношении принадлежит Центру прогрессивных технологий компании “Боинг”. Созданный там солнечный элемент преобразует в электроэнергию 37 процентов попавшего на него солнечного света. Это достижение стало возможным, с одной стороны, благодаря использованию двухслойной конструкции. Верхний слой - из арсенида галлия. Он поглощает излучение видимой части спектра. Нижний слой - из антимонида галлия и предназначен улавливать инфракрасное излучение, которое обычно теряется. С другой стороны, высокая эффективность достигается благодаря специальному покрытию, преломляющему свет и фокусирующему его на активные области солнечной ячейки.
В штате Калифорния планируется начать испытание специальной автостанции для машин, работающих на солнечной энергии подзарядки электробатарей, “Южно-калифорнийская компания Эдисон”, которая в конечном счете должна стать обычной заправочной станцией со множеством парковочных мест и различными магазинами. Солнечные панели на крыше станции, расположенной в городе Даймонд-Баре, обеспечат энергию для зарядки электромобилей в течение всего рабочего дня даже зимой. А излишек, получаемый от этих панелей, будет использоваться для нужд самой автостанции. Уже в 1981г. через пролив Ла-Манш совершил перелёт первый в мире самолёт двигателем, работающим от солнечных батарей. Чтобы совершить перелёт на расстояние 262 км, ему потребовалось 5,5 часа. А по прогнозам учёных конца прошлого века, ожидалось, что к 2000 году на дорогах Калифорнии появится около 200000 электромобилей. Возможно, и нам стоит подумать об использовании солнечной энергии в широких масштабах.

Тот вид энергии, которым давно никого не удивишь- это топливные элементы. Говоря о топливных элементах, необходимо отметить, что они были изобретены еще в начале XIX века. В 60-е годы прошлого века НАСА использовало их для получения чистой энергии в космосе. Но только в прошедшем десятилетии удалось создать топливные элементы таких размеров, которые позволили бы устанавливать их в легковых автомобилях. NECAR4 создан на базе малолитражного автомобиля Mercedes-Benz, типа “седан” класса А. Этот автомобиль вмещает пять человек плюс багаж, развивает скорость до 145 км/час и может пройти без заправки 450 километров. По словам Фердинанда Паника, руководителя проекта компании Diamler Chrysler, “значение топливного элемента соизмеримо разве что со значением микросхемы для развития вычислительной техники”. Результаты не заставят себя ждать. Первые полевые испытания автомобилей с топливным элементом пройдут уже в этом году в Калифорнии. К 2004 году Diamler Chrysler, Ford, а также General Motors, Toyota и другие компании, предполагают начать поставку автомобилей с топливным элементом на потребительский рынок. Массовое серийное производство компактных топливных элементов для легковых и грузовых автомобилей, еще до конца не решенная проблема, однако уже сейчас можно было бы начать производство крупногабаритных элементов.

Энергия ветра с давних пор используется для работы мельниц. Ветер, казалось бы, один из самых доступных и возобновляемых источников энергии. В отличие от Солнца он может “работать” зимой и летом, днем и ночью, на севере и на юге. Но ветер - это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра - скорость и направление - меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, встают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с, что является фантастическим результатом.
Чем же хороша энергия ветра? Ветровые двигатели не загрязняют окружающую среду, но они очень громоздкие и шумные. Чтобы производить с их помощью много электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где дуют сильные ветры. И тем не менее всего одна электростанция, работающая на ископаемом топливе, может заменить по количеству полученной энергии тысячи ветряных турбин
Энергия ГЭС, пожалуй, самая распрастраненная энергия. Гидроэлектростанции- это 1/5 часть энергии, потребляемой во всём мире. Её получают, преобразуя энергию падающей воды в энергию вращения турбин, которая в свою очередь вращает генератор, вырабатывающий электричество. Гидростанции бывают очень мощными. Так, станция Итапу на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем развивает мощность до13 000 млн.Квт. Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест его, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. Этот двухметровый агрегат есть не что иное, как бесплотинная ГЭС мощностью в 0,5 КВт. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую... Была бы поблизости речушка!

Учеными много внимания уделено водороду. Водород как источник энергии, несомненно, прочно войдет в нашу жизнь. Применяя энергию водорода, уровень содержания углекислого газа в атмосфере реально начнет снижаться.

Откуда же получить водород? Вспомнив курс школьной химии, водород можно было бы получать из воды. Однако, даже при самых оптимистических прогнозах, связанных с совершенствованием таких технологий, затраты на производство электроэнергии, необходимой для разделения молекул воды на молекулы водорода и кислорода в настоящее время чрезвычайно велики. Поэтому первые установки для крупномасштабного производства водорода будут, по всей видимости, вырабатывать его из традиционных видов топлива, что вполне подходит уже для сегодняшнего дня.

Самая главная проблема, связанная с производством водорода по старым технологиям, является то, что при этом образуется двуокись углерода. В Норвегии, например, энергетическая компания строит электростанцию, которая будет работать на водороде, получаемом из природного газа. Образующаяся при этом двуокись углерода будет закачиваться обратно в одно из месторождений нефти, расположенных на континентальном шельфе. С помощью такой технологии можно не только решить проблему загрязнения воздуха углекислым газом, но и повысить давление в месторождении, что значительно облегчит выкачивание из него оставшихся запасов нефти. Другим не менее эффективным способом борьбы с загрязнением атмосферы является закачивание двуокиси углерода в подземный водоносный слой.

Что можно сделать с нашими бытовыми отходами? Один из наиболее необычных видов использования отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Во всяком случае именно так поступили в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $ 4000 прибыли еженедельно. Но главное- объем закрытых свалок сократился на 78%. Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55 % которого приходится на метан, а 45-50% - на углекислый газ и около одного процента - на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь в США его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Только в мае 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 мегаджоуля электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 мегаджоулей. Станция мощностью 12 мегаватт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках США хватит для работы небольших станций на 30-50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо “дефицита сырья” для ее производства не предвидится.
Огромное количество проблем связано с загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств. Большие количества органического вещества, попадающие в водоемы, способствуют их загрязнению.

Теплоцентрали - активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники - тоже. Однако из этих двух зол можно составить нечто хорошее. Именно это произошло в английском городе Пиделхинтоне, где разработана технология переработки навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы - для удобрения. Перерабатывая 70 тонн навоза ежедневно, можно получить 40 КВт/ч.

Существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будут служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.
Неужели это будет только в далеком будущем? Оказывается, нет. Испанский поселок Сант-Джосеп на острове Ивиса- первая в мире экологическая деревня будущего, где поселятся четыреста человек. В проекте участвуют специалисты из всех стран Европы. Чтобы оптимально использовать солнечный свет, “умные” дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет как новая технология, так и сами материалы - каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая - 20-22 градуса. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию там станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее опять же сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы - мусор и сточные воды, в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85 процентов энергии. На гигантской биоферме будут выращивать скот, рыбу, а так же овощи, фрукты и злаки.

Пожалуй, еще не одно десятилетие, а может и столетие природное топливо, по-прежнему, будет важным источником энергии. Однако природные ресурсы ограничены, да и экологическая обстановка в мире оставляет желать лучшего. В конце концов человечество будет вынуждено перейти на использование энергии ветра и Солнца, о чем с незапамятных времен мечтают защитники окружающей среды.

В будущем можно будет сделать так, чтобы каждое предприятие, здание, жилой дом и автомобиль будут иметь свой собственный экологически чистый, возобновляемый источник энергии, что позволит человечеству обходиться без нефтяных скважин, угольных шахт, электростанций, линий электропередачи и избавиться, таким образом, от всех негативных последствий их использования. Однако на данный момент перед человечеством стоит более неотложная задача: остановить перегревание планеты и сделать это как можно быстрее. Благодаря автомобилям с топливными элементами, более совершенным ветровым турбинам и солнечным элементам, и другим описанным в данном реферате проектам, внедрение которых уже становится реальностью, угроза глобального потепления кажется теперь не столь устрашающей, какой она представлялась еще несколько лет назад.