Билет 14

1. Выбросы углекислого газа от сжигания каменного угля на электростанциях, которые предполагается построить в ближайшие 25 лет, за весь срок их эксплуатации будут сопоставимы со всеми выбросами за предыдущие два столетия. Большая электростанция мощностью 1 тыс. МВт, работающая на угле, производит 6 млн. тонн газа ежегодно (эквивалент выхлопа 2 млн. автомобилей).

Общее всемирное производство углекислого газа в последующие десятилетия удвоится. Сокращение выбросов углекислого газа должно стать для общества приоритетной задачей и тогда в будущем можно будет существенно снизить риск экологической катастрофы. Поскольку в ближайшие 25 лет появятся предприятия, работающие на угле, их лучше проектировать таким образом, чтобы сразу отфильтровывать углекислый газ. Традиционные угольные паровые электростанции полностью сжигают уголь за один этап: выделяющееся тепло превращает воду в пар высокого давления, который вращает паровую турбину с генератором, вырабатывающим электричество. Смесь отходящих газов после удаления из неё серы выходит при атмосферном давлении через высокую трубу. 15% выбрасываемого газа составляет углекислый газ.

Чтобы приспособить технологию к его отделению, можно заменить дымовую трубу поглотительной башней, в которой отходящие газы вступают в контакт с капельками химикалий, выборочно поглощающих двуокись углерода. Во второй реакционной колонне (в башне десорбции) жидкость, содержащая амины, нагревается, освобождает концентрированный углекислый газ и восстанавливает химический поглотитель.

Сейчас в промышленности рассматривается несколько проектов улавливания и хранения углекислого газа. Промышленные лидеры не дожидаются постройки новых электростанций, а испытывают новые технологии на существующих нефтяных и газовых месторождениях.

2. Привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для неё в рассматриваемое время физических, химических и биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня этих агентов в среде называется загрязнением.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха служат автомобили и другие виды транспорта, и промышленные предприятия. Ежегодно в атмосферный воздух поступает более 200 миллионов тонн оксида углерода, 151 млн. тонн оксида серы (сернистого газа), свыше 50 млн. тонн оксидов азота, более 50 млн. тонн различных углеводородов.

Только за счёт сжигания угля в различных энергетических установках в окружающую среду в мире поступает ртути в 8700 раз, мышьяка в 125, урана в 60, кадмия в 40, бериллия и циркония в 10, олова и ванадия в 4 раза больше, чем их вовлекается в естественный биологический кругооборот на Земле за то же время.

Самый чистый воздух над океаном. В деревнях и сёлах он содержит пылевидных примесей в 10 раз больше, над посёлками и небольшими городами воздух грязнее в 35 раз, а над промышленными центрами плывут облака тяжёлого смога. В них содержится пыли в 150 раз больше, чем над океаном. Загрязненный воздух над крупными городами простирается на высоту 1,5 – 2, 0 км. Эта плотная шапка задерживает летом до 20% солнечных лучей, а зимой, когда и так мало света, поглощает половину его.

3. Общее количество автомашин в мире составляет примерно 400 миллионов. Сжигая огромное количество нефтепродуктов, они наносят ощутимый вред окружающей среде и здоровью населения. Один автомобиль в среднем поглощает ежегодно 4 тонны кислорода и выбрасывает с выхлопным газами примерно 800 кг оксида углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

Суммарная мощность автомобильных двигателей значительно превышает установленную мощность всех тепловых электростанций страны.

Автомобильные выхлопные газы – смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды – не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т. е. во время заторов у красного сигнала светофора. В это время выделяется примерно в 10 раз больше несгоревших частиц, чем при работе двигателя в нормальном режиме. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2, 7 % оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу – до 6,9%.

Оксид углерода и большинство других газовых выделений тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются у земли. Ребёнок, сидящий в коляске на тротуаре улицы с большим количеством транспорта, вдыхает гораздо больше токсических веществ, чем мать, которая с ним гуляет. Оксид углерода соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма.

В выхлопных газах особое место занимают гексан и пентен. Из-за неполного сгорания топлива часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в моменты форсирования двигателя. Весьма опасной являются соединения неорганического свинца, образующегося при сгорании тетраэтилсвинца, который добавляют к бензину. Увеличение количества свинца в крови человека ведёт к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, нарушению обменных процессов.

4. Загрязнение городского воздуха газовыми выбросами предприятий химической промышленности и транспорта и главным образом выхлопными газами автомобилей является основной причиной образования фотохимического тумана. Кроме того, частые температурные инверсии способствуют застою воздуха над городом, препятствуют его нормальной циркуляции. В результате ядовитые выделения скапливаются непосредственно над землёй. Английские специалисты определили, что смог 1952 года в Лондоне (смог лондонского типа) содержал несколько сот тонн дыма и сернистого ангидрида, хотя в смоге лондонского типа практически не образуется каких-либо новых веществ. Его токсичность определяется исходными загрязнителями, которые образуются при сжигании достаточно больших количеств топлива.

Смог фотохимический стал появляться в Лос-Анджелесе в тёплое время года, как правило, летом и ранней осенью. Это ─ сухой туман с влажностью около 70% и характерной жёлто-зелёной или сизой сухой дымкой. При образовании фотохимического тумана происходят фотохимические реакции, протекающие под действием коротковолновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые выбросы. В процессе этих реакций возникают вещества, значительно превосходящие исходные по токсичности. Основные компоненты фотохимического смога – фотооксиданты (озон, нитраты, нитриты и пр.), оксиды, фенолы, метанол и пр.

Эти вещества в меньших количествах всегда присутствуют в воздухе больших городов, но при фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые нормы. У людей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, происходит обострение лёгочных и различных хронических заболеваний. Смог оказывает вредное влияние и на растения, особенно на салатные культуры, бобы, свёклу, злаки, виноград, декоративные насаждения; вызывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта. Ущерб, наносимый экономике, может составлять миллиарды рублей.

5. Для защиты атмосферного воздуха от загрязнений выбросами автотранспорта большое значение имеют градостроительные мероприятия, направленные на снижение концентрации выхлопных газов в зоне пребывания человека. Они включают специальные приёмы застройки и озеленения автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования: в первом эшелоне застройки – от магистрали – размещаются здания пониженной этажности, затем дома повышенной этажности и в глубине застройки – детские и лечебно-оздоровительные учреждения.

Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряжённым движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками – три-четыре ряда и более. Важное значение имеет сооружение транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублёров, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения автостоянок и гаражей. Например, после строительства подземного тоннеля для автомобилей в районе площади Маяковского в Москве содержание оксида углерода в воздухе снизилось в 6-10 раз.

С точки зрения уменьшения токсичности выхлопных газов необходимо рассматривать и вопросы организации движения автотранспорта. Так, минимум вредных выбросов приходится на движение автомобилей со скоростью 60 км/час. При резком увеличении или уменьшении скорости выброс возрастает более чем вдвое. Электронный регулировщик движения московского транспорта телеавтоматическая система «Старт» позволяет сократить задержки транспорта у светофоров на 25%, сэкономить горючего на 8-12%, уменьшить количество дорожных происшествий.

6. Чтобы уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу, учёные многих стран стремятся улучшить конструкцию существующих двигателей серийного производства. Например, форкамерный двигатель благодаря большой мощности обеспечивает высокую экономичность в потреблении топлива и исключительно низкую токсичность отработанных газов. С успехом действуют на многих марках автомашин дизельные двигатели. Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20-30%, что означает при условии перехода транспорта на дизели, что используемые им нефтяные ресурсы могут быть «растянуты» во времени на 20-30%. К тому же дизельное топливо свободно от тетраэтила свинца и в выхлопе почти не содержится ядовитого оксида углерода.

Оздоровлению атмосферы способствует расширение перевозок пассажиров с помощью электрического транспорта (как наземного, так и подземного). На периферии города целесообразно использование скоростных трамваев с обособленным полотном.

Загрязнение воздуха крупных городов выхлопными газами автомобилей и всё более увеличивающаяся в развитых странах нехватка нефти, а, следовательно, и бензина побуждает специалистов искать альтернативу автомобилю с двигателем внутреннего сгорания. Особенно привлекает внимание электромобиль. Он уже выпускается многими автомобильными компаниями, однако конструкторам и инженерам предстоит решить ещё ряд серьёзных проблем, стоящих на пути к его массовому производству.

В качестве возможного заменителя природного газа, бензина и дизельного топлива можно сжигать водород. «Водородный» двигатель в ряде случаев может быть примерно на 50% «эффективнее» бензинового, так как он работает на обеднённой смеси, имеет более высокую степень сжатия, очень небольшое опережение зажигания и полное сгорание. В 1979 году в японском городе Окаяма в числе экспонатов проводимой выставки был и легковой автомобиль, использующий в качестве горючего жидкий водород. Автомобиль способен развивать скорость до 120 км/час. Использование водорода коренным образом изменит облик техники будущего и позволит практически решить проблему охраны окружающей среды от загрязнения.