Problemas ambientais associados à queima de combustíveis. Problemas ambientais da engenharia de energia térmica

O impacto das usinas termelétricas no meio ambiente depende em grande parte do tipo de combustível queimado (sólido e líquido).

Ao queimar combustível sólido cinzas volantes com partículas de combustível não queimado, anidridos sulfurosos e sulfúricos, óxidos de nitrogênio, uma certa quantidade de compostos de flúor, bem como produtos gasosos da combustão incompleta de combustível entram na atmosfera. A cinza volante em alguns casos contém, além de componentes não tóxicos, impurezas mais nocivas. Assim, nas cinzas de antracitos de Donetsk, o arsênico está contido em pequenas quantidades, e nas cinzas de Ekibastuz e alguns outros depósitos - dióxido de silício livre, nas cinzas de xistos e carvões da bacia de Kansk-Achinsk - óxido de cálcio livre.

Carvão - o combustível fóssil mais abundante em nosso planeta. Especialistas acreditam que suas reservas durarão 500 anos. Além disso, o carvão é distribuído de forma mais uniforme em todo o mundo e é mais econômico que o petróleo. O combustível líquido sintético pode ser obtido a partir do carvão. O método de obtenção de combustível por processamento de carvão é conhecido há muito tempo. No entanto, o custo de tais produtos era muito alto. O processo ocorre em alta pressão. Este combustível tem uma vantagem indiscutível - tem uma classificação de octanagem mais alta. Isso significa que será mais ecologicamente correto.

Turfa. Há uma série de impactos ambientais negativos associados ao uso de energia da turfa como resultado da mineração de turfa em grande escala. Estes incluem, em particular, violação do regime dos sistemas hídricos, mudanças na paisagem e cobertura do solo em locais de extração de turfa, deterioração da qualidade das fontes locais de água doce e poluição da bacia aérea, uma deterioração acentuada das condições de vida dos animais. Dificuldades ambientais significativas também surgem em conexão com a necessidade de transportar e armazenar turfa.

Ao queimar combustível líquido(óleo combustível) com gases de combustão no ar atmosférico entram: anidridos sulfurosos e sulfúricos, óxidos de nitrogênio, compostos de vanádio, sais de sódio, bem como substâncias removidas da superfície das caldeiras durante a limpeza. Do ponto de vista ambiental, os combustíveis líquidos são mais “higiênicos”. Ao mesmo tempo, desaparece completamente o problema dos depósitos de cinzas, que ocupam grandes áreas, excluem seu uso útil e são fonte de poluição atmosférica constante na área da estação devido à remoção de parte das cinzas com os ventos. Não há cinzas volantes nos produtos de combustão de combustíveis líquidos.

Gás natural. Quando o gás natural é queimado, os óxidos de nitrogênio são um poluente atmosférico significativo. No entanto, a emissão de óxidos de nitrogênio na queima de gás natural em usinas termelétricas é, em média, 20% menor do que na queima de carvão. Isso se deve não às propriedades do combustível em si, mas às peculiaridades dos processos de combustão. A relação de excesso de ar para combustão de carvão é menor do que para combustão de gás natural. Assim, o gás natural é o tipo de combustível energético mais ecológico em termos de liberação de óxidos de nitrogênio durante a combustão.

O complexo impacto das usinas termelétricas na biosfera como um todo é ilustrado na Tabela. 1.

Assim, carvão, petróleo e derivados, gás natural e, menos comumente, madeira e turfa são usados como combustível em usinas termelétricas. Os principais componentes dos materiais combustíveis são carbono, hidrogênio e oxigênio, enxofre e nitrogênio estão contidos em quantidades menores, traços de metais e seus compostos (na maioria das vezes óxidos e sulfetos) também estão presentes.

Na indústria termelétrica, a fonte de emissões atmosféricas massivas e resíduos sólidos de grande tonelagem são usinas termelétricas, empreendimentos e instalações de usinas a vapor, ou seja, quaisquer empreendimentos cujo trabalho esteja associado à queima de combustíveis.

Juntamente com as emissões gasosas, a engenharia de energia térmica produz enormes massas de resíduos sólidos. Estes incluem cinzas e escórias.

As plantas de preparação de resíduos de carvão contêm 55-60% SiO 2 , 22-26% Al 2 O 3 , 5-12% Fe 2 O 3 , 0,5-1% CaO, 4-4,5% K 2 O e Na 2 O e até 5% C. Entram nos lixões, que produzem poeira, fumaça e pioram drasticamente o estado da atmosfera e territórios adjacentes.

A vida na Terra surgiu em uma atmosfera redutora, e só muito mais tarde, após cerca de 2 bilhões de anos, a biosfera gradualmente transformou a atmosfera redutora em oxidante. Ao mesmo tempo, a matéria viva foi previamente removida da atmosfera várias substâncias, em particular, o dióxido de carbono, formando enormes depósitos de calcário e outros compostos carbonáceos. Agora nosso civilização tecnogênica gerou um poderoso fluxo de gases redutores, principalmente devido à queima de combustíveis fósseis para energia. Por 30 anos, de 1970 a 2000, cerca de 450 bilhões de barris de petróleo, 90 bilhões de toneladas de carvão, 11 trilhões. m 3 de gás (Tabela 2).

Emissões atmosféricas de uma usina de 1.000 MW/ano (toneladas)

A maior parte da emissão é ocupada por dióxido de carbono - cerca de 1 milhão de toneladas em termos de carbono 1 Mt. Com o efluente de uma usina termelétrica, são removidas anualmente 66 toneladas de matéria orgânica, 82 toneladas de ácido sulfúrico, 26 toneladas de cloretos, 41 toneladas de fosfatos e quase 500 toneladas de partículas em suspensão. As cinzas de usinas de energia geralmente contêm concentrações elevadas de substâncias pesadas, de terras raras e radioativas.

Uma usina a carvão requer 3,6 milhões de toneladas de carvão, 150 m 3 de água e cerca de 30 bilhões de m 3 de ar anualmente. Esses números não levam em consideração as perturbações ambientais associadas à extração e transporte de carvão.

Considerando que essa usina opera ativamente há várias décadas, seu impacto pode ser comparado ao de um vulcão. Mas se o último geralmente joga fora os produtos do vulcanismo em grandes quantidades de uma só vez, então a usina faz isso o tempo todo. Por dezenas de milênios, a atividade vulcânica não foi capaz de afetar visivelmente a composição da atmosfera, e a atividade econômica humana causou tais mudanças ao longo de cerca de 100-200 anos, principalmente devido à queima de combustíveis fósseis e emissões de gases de efeito estufa por e ecossistemas deformados.

A eficiência das usinas ainda é baixa e chega a 30-40%, a maior parte do combustível é queimada em vão. A energia recebida é utilizada de uma forma ou de outra e acaba se transformando em calor, ou seja, além da poluição química, a poluição térmica entra na biosfera.

A poluição e os resíduos das instalações de energia na forma de fases gasosas, líquidas e sólidas são distribuídos em duas correntes: uma causa mudanças globais e a outra provoca mudanças regionais e locais. O mesmo ocorre em outros setores da economia, mas ainda assim a energia e a queima de combustíveis fósseis continuam sendo uma das principais fontes de poluentes globais. Eles entram na atmosfera e, devido ao seu acúmulo, a concentração de pequenos componentes de gases da atmosfera, incluindo gases de efeito estufa, muda. Na atmosfera, apareceram gases que estavam praticamente ausentes antes - clorofluorocarbonos. Estes são poluentes globais com um alto Efeito estufa e ao mesmo tempo participando da destruição da tela de ozônio da estratosfera.

Assim, deve-se notar que, no estágio atual, as usinas termelétricas emitem para a atmosfera cerca de 20% da quantidade total de todos os resíduos industriais perigosos. Eles afetam significativamente o meio ambiente da área de sua localização e o estado da biosfera como um todo. As mais prejudiciais são as usinas de condensação que operam com combustíveis de baixa qualidade. Assim, ao queimar na estação por 1 hora 1060 toneladas de carvão de Donetsk, 34,5 toneladas de escória são removidas dos fornos das caldeiras, 193,5 toneladas de cinzas são removidas dos bunkers de precipitadores eletrostáticos que limpam gases em 99% e 10 milhões m 3 são emitidos para a atmosfera através de tubos de gases de combustão. Esses gases, além dos resíduos de nitrogênio e oxigênio, contêm 2.350 toneladas de dióxido de carbono, 251 toneladas de vapor de água, 34 toneladas de dióxido de enxofre, 9,34 toneladas de óxidos de nitrogênio (em termos de dióxido) e 2 toneladas de cinzas volantes não “capturadas” ” por precipitadores eletrostáticos.

Águas residuais de usinas termelétricas e águas pluviais de seus territórios, contaminadas com resíduos de ciclos tecnológicos de usinas e contendo vanádio, níquel, flúor, fenóis e derivados de petróleo, quando lançadas em corpos hídricos, podem afetar a qualidade da água e dos organismos aquáticos. Uma mudança na composição química de certas substâncias leva a uma violação das condições de habitat estabelecidas no reservatório e afeta a composição de espécies e abundância de organismos aquáticos e bactérias e, em última análise, pode levar a violações dos processos de autopurificação de corpos d'água da poluição e à deterioração das suas condições sanitárias.

A chamada poluição térmica de corpos d'água com diversas violações de sua condição também é perigosa. As usinas termelétricas produzem energia usando turbinas acionadas por vapor aquecido. Durante a operação das turbinas, é necessário resfriar o vapor de exaustão com água, portanto, uma corrente de água sai continuamente da usina, geralmente aquecida de 8 a 12 ° C e descarregada no reservatório. Grandes usinas termelétricas precisam de grandes volumes de água. Eles descarregam 80-90 m 3 /s de água em estado aquecido. Isso significa que um poderoso fluxo de água quente está fluindo continuamente para o reservatório, aproximadamente na escala do rio Moscou.

A zona de aquecimento, formada na confluência de um "rio" quente, é uma espécie de seção do reservatório, em que a temperatura é máxima no ponto do vertedouro e diminui com a distância dele. As zonas de aquecimento de grandes usinas termelétricas ocupam uma área de várias dezenas de quilômetros quadrados. No inverno, as polínias se formam na zona aquecida (nas latitudes norte e média). Durante os meses de verão, as temperaturas nas zonas aquecidas dependem da temperatura natural da água de entrada. Se a temperatura da água no reservatório for de 20 °C, na zona de aquecimento poderá atingir 28-32 °C.

Como resultado do aumento das temperaturas em um reservatório e da violação de seu regime hidrotermal natural, os processos de "floração" da água são intensificados, a capacidade dos gases de se dissolver na água diminui e propriedades físicaságua, todos os processos químicos e biológicos que ocorrem nela são acelerados, etc. Na zona de aquecimento, a transparência da água diminui, o pH aumenta e a taxa de decomposição de substâncias facilmente oxidadas aumenta. A taxa de fotossíntese em tal água é marcadamente reduzida.

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FACULDADE METALÚRGICA SEROV

abstrato

sobre Fundamentos ecológicos gestão da natureza

sobre o tema:Problemas ambientais associados ao desenvolvimento de energia

Realizadauma: aluna

Departamento de correspondência

4curso grupo TiTO

Sochneva Natalia

Verificado por: professor

Chernysheva N. G.

Introdução

1. Problemas ambientais da engenharia de energia térmica

2. Problemas ambientais da energia hidrelétrica

3. Problemas de energia nuclear

4. Algumas maneiras de resolver os problemas da energia moderna

Conclusão

Lista de literatura usada

Introdução

Há uma expressão figurativa que vivemos na era dos três "E": economia, energia, ecologia. Ao mesmo tempo, a ecologia como ciência e forma de pensar atrai cada vez mais a atenção da humanidade.

A ecologia é considerada uma ciência e Disciplina académica, que se destina a estudar a relação entre os organismos e o meio ambiente em toda a sua diversidade. Ao mesmo tempo, o meio ambiente é entendido não apenas como o mundo natureza inanimada, mas também o impacto de alguns organismos ou suas comunidades em outros organismos e comunidades. A ecologia às vezes é associada apenas ao estudo do habitat ou ambiente. Esta última está fundamentalmente correta, com a correção essencial, porém, de que o ambiente não pode ser considerado isoladamente dos organismos, assim como os organismos fora de seu habitat não podem ser considerados. Estas são as partes constituintes de um único todo funcional, que é enfatizado pela definição acima de ecologia como a ciência da relação entre os organismos e o meio ambiente.

A ecologia energética é um ramo da produção que se desenvolve a um ritmo sem precedentes. Se a população nas condições modernas explosão populacional dobra em 40-50 anos, então na produção e consumo de energia isso acontece a cada 12-15 anos. Com essa proporção de taxas de crescimento populacional e energético, a oferta de energia aumenta como uma avalanche não apenas em termos totais, mas também per capita.

Atualmente, as necessidades energéticas são atendidas principalmente por três tipos de recursos energéticos: combustível orgânico, água e núcleo atômico. A energia da água e a energia atômica são utilizadas pelo homem após transformá-la em energia elétrica. Ao mesmo tempo, uma quantidade significativa de energia contida no combustível orgânico é utilizada na forma de energia térmica, e apenas parte dela é convertida em energia elétrica. No entanto, em ambos os casos, a liberação de energia do combustível orgânico está associada à sua combustão e, consequentemente, à liberação de produtos da combustão no meio ambiente.

O objetivo deste trabalho é estudar o impacto no meio ambiente de diferentes tipos de energia (energia térmica, energia hidrelétrica, energia nuclear) e considerar maneiras de reduzir as emissões e a poluição das instalações de energia. Ao escrever este ensaio, coloquei-me a tarefa de identificar formas de resolver os problemas de cada um dos tipos de energia considerados.

1. Ecologistasproblemas cal de engenharia de energia térmica

O impacto das usinas termelétricas no meio ambiente depende em grande parte do tipo de combustível queimado (sólido e líquido).

Turfa. Há uma série de impactos ambientais negativos associados ao uso de energia da turfa como resultado da mineração de turfa em grande escala. Estes incluem, em particular, a violação do regime dos sistemas hídricos, alterações na paisagem e cobertura do solo nos locais de extração de turfa, deterioração da qualidade das fontes locais de água doce e poluição da bacia aérea e uma deterioração acentuada das condições de vida dos animais. Dificuldades ambientais significativas também surgem em conexão com a necessidade de transportar e armazenar turfa.

O complexo impacto das usinas termelétricas na biosfera como um todo é ilustrado na Tabela. 1.

Juntamente com as emissões gasosas, a engenharia de energia térmica produz enormes massas de resíduos sólidos. Estes incluem cinzas e escórias.

A vida na Terra surgiu em uma atmosfera redutora, e só muito mais tarde, após cerca de 2 bilhões de anos, a biosfera gradualmente transformou a atmosfera redutora em oxidante. Ao mesmo tempo, a matéria viva removeu anteriormente várias substâncias da atmosfera, em particular o dióxido de carbono, formando enormes depósitos de calcário e outros compostos contendo carbono. Agora nossa civilização tecnogênica gerou um poderoso fluxo de gases redutores, principalmente devido à queima de combustíveis fósseis para obter energia. Por 30 anos, de 1970 a 2000, cerca de 450 bilhões de barris de petróleo, 90 bilhões de toneladas de carvão, 11 trilhões. m 3 de gás (Tabela 2).

Emissões atmosféricas de uma usina de 1.000 MW/ano (toneladas)

A poluição e os resíduos das instalações de energia na forma de fases gasosas, líquidas e sólidas são distribuídos em duas correntes: uma causa mudanças globais e a outra provoca mudanças regionais e locais. O mesmo ocorre em outros setores da economia, mas ainda assim a energia e a queima de combustíveis fósseis continuam sendo uma das principais fontes de poluentes globais. Eles entram na atmosfera e, devido ao seu acúmulo, a concentração de pequenos componentes de gases da atmosfera, incluindo gases de efeito estufa, muda. Na atmosfera, apareceram gases que estavam praticamente ausentes antes - clorofluorocarbonos. Estes são poluentes globais que têm um alto efeito estufa e ao mesmo tempo participam da destruição da tela de ozônio estratosférico.

Como resultado de um aumento de temperatura em um reservatório e uma violação de seu regime hidrotermal natural, os processos de "florescimento" da água são intensificados, a capacidade dos gases de se dissolver na água diminui, as propriedades físicas da água mudam, todas as substâncias químicas e processos biológicos que ocorrem nela são acelerados, etc. Na zona de aquecimento a transparência da água diminui, o pH aumenta, a taxa de decomposição de substâncias facilmente oxidadas aumenta. A taxa de fotossíntese em tal água é marcadamente reduzida.

2. Problemas ambientais da energia hidrelétrica

A característica mais importante dos recursos hidrelétricos em comparação com os recursos de combustível e energia é sua renovação contínua. A falta de necessidade de combustível para as UHEs determina o baixo custo da energia elétrica gerada nas UHEs. Portanto, a construção de UHEs, apesar de significativos investimentos de capital específico por 1 kW de potência instalada e longos períodos de construção, tem e vem recebendo grande importância, principalmente quando associada à localização de indústrias eletrointensivas.

Uma usina hidrelétrica é um complexo de estruturas e equipamentos por meio dos quais a energia do fluxo de água é convertida em energia elétrica. A usina hidrelétrica é composta por uma série de estruturas hidráulicas que fornecem a concentração necessária de fluxo de água e criam pressão, e equipamentos de energia que convertem a energia da água que se move sob pressão em energia mecânica rotacional, que, por sua vez, é convertida em energia elétrica. .

Apesar do relativo barateamento da energia obtida a partir de recursos hídricos, sua participação no balanço energético está diminuindo gradativamente. Isso se deve tanto ao esgotamento dos recursos mais baratos quanto à grande capacidade territorial dos reservatórios de várzea. Acredita-se que, no futuro, a produção mundial de energia hidrelétrica não ultrapasse 5% do total.

Um de os motivos mais importantes A redução na parcela de energia recebida nas UHEs é o forte impacto de todas as etapas de construção e operação das hidrelétricas no meio ambiente (Tabela 3).

De acordo com vários estudos, um dos impactos mais importantes da energia hidrelétrica no meio ambiente é a alienação de grandes áreas de terras férteis (planícies de inundação) para reservatórios. Na Rússia, onde não mais de 20% da energia elétrica, pelo menos 6 milhões de hectares de terra foram inundados durante a construção da usina hidrelétrica. Ecossistemas naturais foram destruídos em seu lugar.

Áreas significativas de terra perto de reservatórios estão sofrendo inundações como resultado do aumento dos níveis das águas subterrâneas. Essas terras, via de regra, entram na categoria de zonas úmidas. Em condições planas, as terras inundadas podem ser 10% ou mais das inundadas. A destruição de terras e seus ecossistemas também ocorre como resultado de sua destruição pela água (abrasão) durante a formação do litoral. Os processos de abrasão geralmente duram décadas, resultando no processamento de grandes massas de solo, poluição da água e assoreamento de reservatórios. Assim, a construção de reservatórios está associada a uma forte violação do regime hidrológico dos rios, seus ecossistemas e a composição de espécies de hidrobiontes.

Nos reservatórios, o aquecimento das águas aumenta acentuadamente, o que intensifica a perda de oxigênio e outros processos causados pela poluição térmica. Este último, juntamente com o acúmulo de substâncias biogênicas, cria condições para o crescimento excessivo de corpos d'água e o desenvolvimento intensivo de algas, incluindo as venenosas azul-esverdeadas. Por essas razões, bem como devido à lenta renovação das águas, sua capacidade de autopurificação é drasticamente reduzida.

A deterioração da qualidade da água leva à morte de muitos de seus habitantes. A incidência de estoques de peixes está aumentando, especialmente a suscetibilidade a helmintos. As qualidades gustativas dos habitantes do ambiente aquático são reduzidas.

As rotas de migração de peixes estão sendo interrompidas, as forrageiras, as áreas de desova, etc., estão sendo destruídas.O Volga perdeu em grande parte seu significado como área de desova para esturjões do Cáspio após a construção de uma hidrelétrica em cascata.

Em última análise, os sistemas fluviais bloqueados por reservatórios passam de sistemas de trânsito para sistemas de trânsito-acumulação. Além de substâncias biogênicas, aqui se acumulam metais pesados, elementos radioativos e muitos pesticidas de longa vida útil. Os produtos de acumulação tornam problemático o uso dos territórios ocupados pelos reservatórios após sua liquidação.

Os reservatórios têm um impacto significativo nos processos atmosféricos. Por exemplo, em regiões áridas (áridas), a evaporação da superfície dos reservatórios excede a evaporação de uma superfície igual em dezenas de vezes.

Uma diminuição na temperatura do ar e um aumento nos fenômenos de neblina estão associados ao aumento da evaporação. A diferença entre os balanços térmicos dos reservatórios e os terrenos adjacentes determina a formação de ventos locais, como as brisas. Estes, assim como outros fenômenos, resultam em uma mudança nos ecossistemas (nem sempre positiva), uma mudança no clima. Em alguns casos, na área de reservatórios, é necessário mudar o rumo da agricultura. Por exemplo, em regiões do sul Em nosso país, algumas culturas que gostam de calor (melões) não têm tempo para amadurecer, a incidência de plantas aumenta e a qualidade dos produtos se deteriora.

Os custos da construção hidráulica para o meio ambiente são sensivelmente menores em regiões montanhosas, onde os reservatórios costumam ser pequenos em área. No entanto, em áreas montanhosas sísmicas, os reservatórios podem provocar terremotos. A probabilidade de deslizamentos de terra e a probabilidade de desastres como resultado de possível destruição barragens. Assim, em 1960, na Índia (estado de Gunjarat), como resultado de um rompimento de barragem, a água matou 15.000 pessoas.

Devido às especificidades da tecnologia de uso da energia hídrica, as usinas hidrelétricas transformam os processos naturais por períodos muito longos. Por exemplo, um reservatório de usina hidrelétrica (ou um sistema de reservatórios no caso de uma cascata de usina hidrelétrica) pode existir por dezenas e centenas de anos, enquanto no lugar de um curso de água natural surge um objeto feito pelo homem com regulação artificial de processos naturais - um sistema técnico-natural (NTS). Nesse caso, a tarefa é reduzida à formação de tal PTS que garantiria a formação confiável e ambientalmente segura do complexo. Ao mesmo tempo, a relação entre os principais subsistemas do PTS (objeto tecnológico e ambiente natural) pode ser significativamente diferente dependendo das prioridades escolhidas - técnica, ambiental, socioeconômica, etc., e do princípio segurança ambiental pode ser formulado, por exemplo, como a manutenção de um certo estado estável do PTS gerado.

Uma forma eficaz de reduzir a inundação de territórios é aumentar o número de UHEs em cascata com diminuição da pressão em cada estágio e, consequentemente, da superfície do reservatório.

Outro problema ambiental da energia hidrelétrica está relacionado à avaliação da qualidade do ambiente aquático. A atual poluição da água não é causada por processos tecnológicos geração de eletricidade em usinas hidrelétricas (o volume de poluição proveniente de águas residuais de usinas hidrelétricas é uma participação insignificante na massa total poluição complexo econômico), uma baixa qualidade obras sanitárias e técnicas durante a criação de reservatórios e o lançamento de águas residuais não tratadas em corpos d'água.

A maioria dos nutrientes trazidos pelos rios fica retida em reservatórios. Em clima quente, as algas são capazes de se multiplicar em massas nas camadas superficiais de um reservatório rico em nutrientes ou eutrófico. Durante a fotossíntese, as algas consomem nutrientes do reservatório e produzem grandes quantidades de oxigênio. As algas mortas conferem à água um odor e sabor desagradáveis, cobrem o fundo com uma camada espessa e impedem que as pessoas descansem nas margens dos reservatórios.

Nos primeiros anos após o enchimento do reservatório, nele aparece muita vegetação decomposta, e o “novo” solo pode reduzir drasticamente o nível de oxigênio na água. O apodrecimento da matéria orgânica pode levar à liberação de enormes quantidades de gases de efeito estufa - metano e dióxido de carbono.

Considerando o impacto das UHEs no meio ambiente, deve-se ainda observar a função salva-vidas das UHEs. Assim, a geração de cada bilhão de kWh de eletricidade em usinas hidrelétricas em vez de termelétricas leva a uma diminuição da mortalidade em 100-226 pessoas por ano.

3. Problemas da energia nuclear

A energia nuclear pode ser considerada atualmente como a mais promissora. Isso está relacionado tanto a grandes reservas combustível nuclear, e com um impacto suave no meio ambiente. As vantagens também incluem a possibilidade de construir uma usina nuclear sem estar vinculada a depósitos de recursos, já que seu transporte não exige custos significativos devido aos pequenos volumes. Basta dizer que 0,5 kg de combustível nuclear permite obter tanta energia quanto queimar 1.000 toneladas de carvão.

Sabe-se que os processos subjacentes à produção de energia nas usinas nucleares - as reações de fissão dos núcleos atômicos - são muito mais perigosos do que, por exemplo, os processos de combustão. É por isso que, pela primeira vez na história do desenvolvimento industrial, a energia nuclear implementa o princípio da máxima segurança com a maior produtividade possível na geração de energia.

Muitos anos de experiência na operação de usinas nucleares em todos os países mostram que elas não têm um impacto significativo no meio ambiente. Em 2000, o tempo médio de operação da CN era de 20 anos. A confiabilidade, segurança e eficiência econômica das usinas nucleares baseiam-se não apenas na regulamentação estrita do processo de operação das usinas nucleares, mas também na redução ao mínimo absoluto do impacto das usinas nucleares no meio ambiente.

Na tabela. 4 apresenta dados comparativos de usinas nucleares e termelétricas sobre consumo de combustível e poluição ambiental para o ano a uma potência de 1000 MW.

Consumo de combustível e poluição ambiental

Durante a operação normal de usinas nucleares, as liberações de elementos radioativos no meio ambiente são extremamente insignificantes. Em média, são 2 a 4 vezes menores do que as usinas termelétricas da mesma capacidade.

Em maio de 1986, 400 unidades de energia operando no mundo e fornecendo mais de 17% de eletricidade aumentaram o fundo natural de radioatividade em não mais que 0,02%. Antes da Desastre de Chernobyl em nosso país, nenhuma indústria teve um nível mais baixo de acidentes industriais do que as usinas nucleares. 30 anos antes da tragédia, 17 pessoas morreram em acidentes, e mesmo assim não por razões de radiação. A partir de 1986, o principal risco ambiental das usinas nucleares passou a ser associado à possibilidade de acidente. Embora sua probabilidade em usinas nucleares modernas seja baixa, não está excluída. Para o mais acidentes graves tal plano inclui o acidente ocorrido na quarta unidade da usina nuclear de Chernobyl.

De acordo com várias fontes, a liberação total de produtos de fissão daqueles contidos no reator variou de 3,5% (63 kg) a 28% (50 toneladas). Para comparação, deve-se notar que a bomba lançada sobre Hiroshima produziu apenas 740 g de material radioativo.

Como resultado do acidente na usina nuclear de Chernobyl contaminação radioativa o território em um raio de mais de 2 mil km, abrangendo mais de 20 estados, foi submetido. Dentro dos limites da antiga URSS, 11 regiões foram afetadas, onde vivem 17 milhões de pessoas. A área total de territórios contaminados ultrapassa 8 milhões de hectares, ou 80.000 km 2 . Na Rússia, o Bryansk, Kaluga, Tula e região de Oriol. Existem pontos de poluição em Belgorod, Ryazan, Smolensk, Leningrado e outras regiões. Como resultado do acidente, 31 pessoas morreram e mais de 200 pessoas receberam uma dose de radiação que levou à doença da radiação. 115 mil pessoas foram evacuadas da zona mais perigosa (30 km) imediatamente após o acidente. O número de vítimas e o número de moradores evacuados está aumentando, a zona de contaminação está se expandindo como resultado do movimento de substâncias radioativas pelo vento, incêndios, transporte, etc. As consequências do acidente afetarão a vida de várias gerações.

Após o acidente de Chernobyl em muitos estados, a pedido do público, os programas de construção de usinas nucleares foram temporariamente suspensos ou reduzidos, mas a energia nuclear continuou a se desenvolver em 32 países.

Agora que as discussões sobre a aceitabilidade ou inaceitabilidade da energia nuclear começaram a declinar, ficou claro que o mundo não pode mais mergulhar na escuridão ou aceitar os efeitos extremamente perigosos na atmosfera do dióxido de carbono e outros produtos de combustão de combustíveis fósseis prejudiciais aos seres humanos. Já em 1990, 10 novas usinas nucleares foram conectadas à rede. A construção de usinas nucleares não para: no final de 1999, havia 436 usinas nucleares em operação no mundo, contra 434 registradas em 1998. A potência elétrica total das usinas em operação no mundo é de cerca de 335 GW (1 GW = 1000 MW = 10 9 W). As usinas nucleares em operação cobrem 7% das necessidades mundiais de energia e sua participação na produção mundial de eletricidade é de 17%. Somente na Europa Ocidental, as usinas nucleares produzem em média cerca de 50% de toda a eletricidade.

Se agora substituirmos todas as usinas nucleares em operação no mundo por termelétricas, a economia global, todo o nosso planeta e cada pessoa individualmente sofreriam danos irreparáveis. Esta conclusão baseia-se no fato de que a geração de energia em usinas nucleares impede simultaneamente a liberação anual de até 2.300 milhões de toneladas de dióxido de carbono, 80 milhões de toneladas de dióxido de enxofre e 35 milhões de toneladas de óxidos de nitrogênio na atmosfera terrestre, reduzindo a quantidade de combustível fóssil queimado em usinas termelétricas. Além disso, ao queimar, o combustível orgânico (carvão, óleo) libera na atmosfera uma enorme quantidade de substâncias radioativas contendo principalmente isótopos de rádio com meia-vida de cerca de 1600 anos! Extraia todos esses substâncias perigosas da atmosfera e proteger a população da Terra de seu impacto neste caso não seria possível. Aqui é apenas um exemplo específico. Fechando na Suécia Usina nuclear Barsebæk-1 levou a Suécia a importar eletricidade da Dinamarca pela primeira vez em 30 anos. As consequências ambientais disso são as seguintes: em usinas a carvão na Dinamarca, quase 350 mil toneladas adicionais de carvão da Rússia e da Polônia foram queimadas, o que levou a um aumento nas emissões de dióxido de carbono em 4 milhões de toneladas (!) por ano e um aumento significativo na quantidade de chuva ácida em todo o sul da Suécia.

A construção da central nuclear é realizada a uma distância de 30-35 km de principais cidades. O local deve ser bem ventilado, não inundado durante a enchente. Ao redor da usina nuclear, é previsto um local para uma zona de proteção sanitária na qual a população é proibida de viver.

Na Federação Russa, 29 unidades de energia estão atualmente em operação em nove usinas nucleares com uma capacidade elétrica total instalada de 21,24 GW. Em 1995-2000 usinas nucleares na Rússia geraram mais de 13% da produção total de eletricidade no país, agora - 14,4%. Em termos de capacidade total instalada de usinas nucleares, a Rússia ocupa o quinto lugar depois dos EUA, França, Japão e Alemanha. Atualmente, mais de 100 bilhões de kWh gerados pelas usinas nucleares do país dão uma contribuição significativa e necessária para o fornecimento de energia de sua parte europeia - 22% de toda a eletricidade gerada. A eletricidade produzida em usinas nucleares é mais de 30% mais barata do que em usinas termelétricas que utilizam combustíveis fósseis.

A segurança da operação de centrais nucleares é um dos principais tarefas Indústria de energia nuclear russa. Todos os planos para a construção, reconstrução e modernização de usinas nucleares na Rússia são implementados apenas levando em consideração os requisitos e padrões modernos. Um estudo do estado dos principais equipamentos de operação das centrais nucleares russas mostrou que é bem possível prolongar sua vida útil em pelo menos mais 5 a 10 anos. Além disso, graças à implementação de um conjunto de obras adequado para cada unidade de potência, mantendo um alto nível de segurança.

Para assegurar o maior desenvolvimento da energia nuclear na Rússia em 1998, o “Programa para o Desenvolvimento da Energia Nuclear Federação Russa para 1998-2000 e para o período até 2010”. Ele observa que em 1999, as usinas nucleares russas geraram 16% mais energia do que em 1998. Para a produção dessa quantidade de energia em usinas termelétricas, seriam necessários 36 bilhões de m 3 de gás a um custo de US$ 2,5 bilhões em preços de exportação. O aumento de 90% no consumo de energia no país foi garantido por sua geração em usinas nucleares.

Avaliando as perspectivas para o desenvolvimento da energia nuclear mundial, a maioria das organizações internacionais de autoridade envolvidas no estudo dos problemas globais de combustível e energia sugerem que depois de 2010-2020. no mundo, a necessidade de construção em larga escala de usinas nucleares aumentará novamente. De acordo com a versão realista, prevê-se que em meados do século XXI. cerca de 50 países terão energia nuclear. Ao mesmo tempo, a capacidade elétrica total instalada de usinas nucleares no mundo quase dobrará até 2020, atingindo 570 GW, e até 2050, 1100 GW.

4. Algumas maneiras de resolver os problemas da energia moderna

Sem dúvida, em um futuro próximo, a energia térmica permanecerá dominante no balanço energético do mundo e dos países individuais. Há uma alta probabilidade de aumento da participação do carvão e de outros tipos de combustíveis menos limpos na produção de energia. Nesse sentido, consideraremos algumas formas e métodos de uso, que podem reduzir significativamente o impacto negativo no meio ambiente. Esses métodos baseiam-se principalmente no aprimoramento das tecnologias de preparação de combustível e captura de resíduos perigosos. Entre eles estão os seguintes:

1. Utilização e aperfeiçoamento dos dispositivos de limpeza. Atualmente, muitas usinas termelétricas capturam principalmente emissões sólidas usando vários tipos de filtros. O dióxido de enxofre, o poluente mais agressivo, não é capturado em muitas UTEs ou é capturado em quantidade limitada. Ao mesmo tempo, existem usinas termelétricas (EUA, Japão), que realizam a purificação quase completa desse poluente, bem como de óxidos de nitrogênio e outros poluentes nocivos. Para isso, são utilizadas instalações especiais de dessulfurização (para capturar dióxido e trióxido de enxofre) e desnitrificação (para capturar óxidos de nitrogênio). Os óxidos de enxofre e nitrogênio mais amplamente capturados são realizados pela passagem de gases de combustão através de uma solução de amônia. Os produtos finais desse processo são o nitrato de amônio, utilizado como fertilizante mineral, ou a solução de sulfito de sódio (matéria-prima para a indústria química). Essas instalações capturam até 96% de óxidos de enxofre e mais de 80% de óxidos de nitrogênio. Existem outros métodos de purificação desses gases.

2. Reduzir a entrada de compostos de enxofre na atmosfera através da dessulfurização preliminar (dessulfurização) de carvão e outros combustíveis (petróleo, gás, xisto betuminoso) por métodos químicos ou físicos. Esses métodos permitem extrair de 50 a 70% de enxofre do combustível antes de sua combustão.

3. Grandes e reais oportunidades para reduzir ou estabilizar o fluxo de poluição no meio ambiente estão associadas à economia de energia. Tais possibilidades são especialmente grandes devido à redução da intensidade energética dos produtos obtidos. Por exemplo, nos Estados Unidos, em média, 2 vezes menos energia foi gasta por unidade de produção do que em ex-URSS. No Japão, esse consumo foi três vezes menor. A economia de energia não é menos real, reduzindo o consumo de metal dos produtos, melhorando sua qualidade e aumentando a expectativa de vida dos produtos. É promissor economizar energia mudando para tecnologias intensivas em ciência associadas ao uso de computadores e outros dispositivos de baixa corrente.

4. Não menos significativas são as possibilidades de economia de energia na vida cotidiana e no trabalho, melhorando as propriedades isolantes dos edifícios. A verdadeira economia de energia vem da substituição de lâmpadas incandescentes com eficiência de cerca de 5% por lâmpadas fluorescentes, cuja eficiência é várias vezes maior. É extremamente desperdício usar energia elétrica para produzir calor. É importante ter em mente que a produção de energia elétrica em usinas termelétricas está associada a uma perda de aproximadamente 60-65% de energia térmica, e em usinas nucleares - pelo menos 70% de energia. A energia também é perdida quando é transmitida por fios à distância. Portanto, a combustão direta de combustível para produzir calor, especialmente gás, é muito mais eficiente do que transformá-lo em eletricidade e depois voltar a ser calor.

5. A eficiência do combustível também aumenta visivelmente quando ele é usado em vez de uma usina termelétrica em uma usina termelétrica. Neste último caso, os objetos de obtenção de energia estão mais próximos dos locais de seu consumo e, assim, as perdas associadas à transmissão à distância são reduzidas. Juntamente com a eletricidade, o calor é usado em usinas de cogeração, que é capturado por agentes de resfriamento. Isso reduz significativamente a probabilidade poluição térmica ambiente aquático. É mais econômico obter energia em pequenas usinas de cogeração (iogenação) diretamente em edifícios. Neste caso, a perda de calor e eletricidade é reduzida ao mínimo. Tais métodos em países individuais são cada vez mais usados.

Conclusão

Então, tentei cobrir todos os aspectos de uma questão tão atual hoje como "Problemas ambientais associados ao desenvolvimento de energia". Eu já sabia algo do material apresentado, mas encontrei algo pela primeira vez.

Para concluir, gostaria de acrescentar que os problemas ambientais estão entre os problemas globais do mundo. As ditaduras políticas, econômicas, ideológicas e militares foram substituídas por uma ditadura mais cruel e impiedosa - a ditadura dos recursos limitados da biosfera. As fronteiras em um mundo mudado hoje são determinadas não por políticos, nem por patrulhas de fronteira e nem pelo serviço alfandegário, mas por padrões ambientais regionais.

A PARTIR DElista de literatura usada

1. Akimova T.A. Ecologia. - M.: "UNITI", 2000

2. Dyakov A.F. As principais direções de desenvolvimento de energia na Rússia. - M.: "Fênix", 2001

3. Kiselev G.V. O problema do desenvolvimento da energia nuclear. - M.: "Conhecimento", 1999.

4. Hwang T.A. Ecologia Industrial. - M.: "Fênix", 2003

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trabalho de graduação

2.3 Determinação das categorias de fontes de emissão associadas à queima de combustível para necessidades energéticas

As Diretrizes revisadas do IPCC de 1996 introduzem a seguinte classificação das principais categorias de fontes:

1) Energia. Esta categoria inclui as centrais térmicas e CHPPs da RAO UES, e regionais AO Energos, CHPPs industriais, outras centrais eléctricas, caldeiras municipais e industriais que fornecem energia à rede uso comum para as necessidades de fornecimento de eletricidade e calor na região, bem como empresas da indústria de combustíveis. São considerados os consumos de combustível para geração de eletricidade e calor e para necessidades próprias, bem como as perdas;

2) Indústria e construção. No total, esta categoria inclui empresas de todos os setores que atuam na região, incluindo metalurgia ferrosa, metalurgia não ferrosa, indústria química e petroquímica, indústria leve, alimentícia, florestal (madeireira) e marcenaria e papel e celulose, construção de máquinas, produção de materiais de construção e construção propriamente dita, etc. O consumo de combustível queimado para todas as necessidades energéticas finais (próprias) em todos lojas e instalações básicas (produção) e auxiliares de empresas (organizações);

3) Transporte. Inclui ferroviário, aéreo, aquático, rodoviário e dutoviário. É considerado o consumo de combustível queimado diretamente pelos veículos, excluindo o transporte na fazenda e as necessidades auxiliares das empresas de transporte;

4) O setor doméstico inclui esfera social serviços, economia urbana, comércio, restauração pública e serviços. É considerado o consumo de combustível queimado diretamente pelas empresas para as necessidades energéticas finais;

5) População. O consumo de combustível queimado em doméstico para diversas necessidades energéticas;

6) Agricultura. É levado em consideração o consumo de combustível queimado por fontes fixas e móveis durante diversas atividades agrícolas por organizações de qualquer tipo. Isso se deve à composição das informações sobre consumo de combustível e energia na agricultura, adotadas nas estatísticas russas;

7) Outras fontes fixas e móveis. É tido em conta o consumo de combustível queimado para todas as outras necessidades, para o qual existe informação estatística sobre o consumo de combustível, mas não é claro a que categoria deve ser atribuído.

A CQNUMC também possui uma série de características na questão da propriedade das emissões de GEE, que merecem destaque especial.

As emissões da produção de eletricidade são de propriedade integral da pessoa que a gerou (e vendeu). Ou seja, economizar eletricidade é uma redução nas emissões de gases de efeito estufa somente se a usina também estiver incluída no projeto ou programa de redução de emissões e a redução for realmente observada na usina.

As emissões associadas ao combustível de bunker vendido a navios e aeronaves que são veículos internacionais são relatadas separadamente e não estão incluídas nas emissões nacionais. Ou seja, por enquanto, eles estão realmente excluídos do sistema de controle de emissões devido à impossibilidade de se chegar a um consenso sobre a questão da propriedade das emissões (porto de embarque de combustível, bandeira do navio, local de registro do navio etc.).

As emissões associadas à disposição e processamento de resíduos não pertencem a empresas que produzem resíduos, mas a organizações envolvidas na operação de aterros e estações de tratamento.

Via de regra, as emissões de gases de efeito estufa são ali estimadas de acordo com os dados brutos sobre o processamento de resíduos sólidos ou líquidos.

As emissões provenientes da combustão ou decomposição de madeira e produtos de madeira, bem como de resíduos agrícolas (palha, etc.), são assumidas onde a madeira foi colhida e no ano da colheita. Há uma consequência muito importante disso: o uso de produtos ou resíduos de madeira como combustível não é uma emissão. Assume-se que a retirada de madeira da floresta já é contabilizada como emissão no cálculo do balanço total de CO 2 florestal (absorção menos emissão).

Existem emissões diretas e indiretas de gases de efeito estufa.

As emissões diretas de gases de efeito estufa são emissões de fontes que são de propriedade ou controladas pela empresa que realiza o inventário, como emissões de caldeiras, instalações fabris e de ventilação através de chaminés de fábricas, emissões de veículos de propriedade da empresa.

Emissões indiretas de gases de efeito estufa - emissões que ocorrem como resultado das atividades esta empresa, mas fora de seu controle, por exemplo: emissões da produção de eletricidade que a empresa compra; emissões da produção de produtos adquiridos sob contrato; emissões associadas ao uso de produtos manufaturados. De acordo com a metodologia do IPCC, o inventário implica considerar apenas as emissões diretas. Metodologias de inventário em nível de empresa, como o GHG Accounting Protocol desenvolvido pelo World Business Council for Sustainable Development, recomendam levar em consideração as emissões indiretas em certos casos. Além disso, ao planejar projetos de redução de emissões, é desejável estimar pelo menos aproximadamente as emissões indiretas, uma vez que suas alterações como resultado do projeto podem aumentar ou diminuir significativamente o valor do projeto.

A absorção de CO 2 por florestas e terras agrícolas é uma "emissão negativa".

Sob a UNFCCC e o Protocolo de Kyoto, a absorção (também chamada de sumidouros ou remoções de gases de efeito estufa) também é contabilizada, mas separadamente das emissões. Em alguns casos, é considerado equivalente às emissões, por exemplo, ao calcular os compromissos em nível de país para o primeiro período de compromisso do Protocolo de Kyoto. Mas, na maioria dos casos, a absorção de CO2 pelas florestas é altamente desigual, o que, em certa medida, reflete a temporalidade e a instabilidade dessa absorção, porque as florestas não podem armazenar carbono para sempre, no final a madeira se decompõe ou é queimada - e o CO 2 é devolvido na atmosfera. Para isso, foram introduzidas unidades especiais de absorção, há fortes restrições aos tipos de projetos florestais, etc.

Em termos metodológicos, as questões da contabilidade de absorção ainda não foram definitivamente resolvidas em nível internacional. Por exemplo, a metodologia do IPCC não inclui um capítulo sobre absorção devido à mudança de uso da terra. Devido às grandes dificuldades, decidiu-se preparar um manual metodológico à parte, cujo trabalho está em fase de conclusão.

Como esta publicação é de caráter educacional geral, sem ênfase nas atividades florestais, uma enorme gama de problemas e dificuldades na contabilização da absorção de CO 2 pelas florestas não é aqui considerada em detalhes.

As técnicas de inventário conhecidas permitem que você o aborde com muita flexibilidade. Eles praticamente implicam vários "níveis" de detalhe e precisão na estimativa de outliers. O nível mais simples (nível 1) geralmente requer um mínimo de dados e capacidades analíticas. O mais complexo (Tier 2) é baseado em dados detalhados e geralmente leva em consideração características específicas país/região. O nível mais alto (Tier 3) implica a desagregação dos dados ao nível das empresas e instalações individuais e medições diretas das emissões da maioria dos gases.

O uso obrigatório de um ou outro nível geralmente não é regulamentado pela metodologia internacional, mas depende de decisões em nível nacional. Essas questões são discutidas em detalhes a seguir, na seção metodológica.

Na grande maioria dos casos, as emissões de uma fonte não são medidas, mas calculadas a partir de dados sobre consumo e produção de combustível (se a produção levar a emissões de gases de efeito estufa), etc. No muito visão geral cálculo é baseado no esquema:

(dados sobre alguma atividade, como queima de combustível) x (fatores de emissão) = (emissões)

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Cálculo das emissões de poeira de carvão

O consumo estimado de combustível é calculado da seguinte forma (fórmula (7)): , (7) onde Вс - consumo estimado de combustível, t/ano; B - consumo real de combustível, 1.166,5 toneladas/ano; q4 - perda de calor por combustão incompleta mecânica, 9,8%...

O método é projetado para calcular as emissões de substâncias nocivas de produtos de combustão gasosos durante a combustão de combustíveis sólidos, óleo combustível e gás nos fornos de caldeiras industriais e municipais em operação e geradores de calor domésticos...

Analisar o conteúdo de poluentes inorgânicos e orgânicos (surfactantes, corantes, metais pesados, etc.) esgoto empresas têxteis, identificar soluções tecnológicas...

Problemas geoecológicos modernos da indústria têxtil

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Para calcular a quantidade de poluentes liberados durante o tratamento galvânico, foi adotado o indicador específico q, referente à área superficial do banho galvânico (ver Tabela 2.21). Neste caso, a quantidade de poluente (g/s)...

Justificativa ambiental da instalação industrial projetada

Em condições de mudanças negativas na composição qualitativa do ar atmosférico sob a influência de fatores antropogênicos a tarefa mais importanteé uma contabilidade completa das emissões de poluentes e uma avaliação de seu impacto no meio ambiente...

Poluição energética

As usinas termelétricas usam carvão, petróleo e derivados, gás natural e, menos frequentemente, madeira e turfa como combustível. Os principais componentes dos materiais combustíveis são carbono, hidrogênio e oxigênio...

Questão 3. Eficiência econômica de pp e métodos para sua determinação.

Questão 4. Danos econômicos por poluição e métodos para sua determinação

Pergunta 5. As principais direções para tornar a economia russa mais verde.

Questão 6. Silvicultura e características das consequências ambientais das atividades florestais. Formas de otimização ecológica da indústria.

Questão 7. Ocorrência de efeitos externos e sua consideração no desenvolvimento ambiental e econômico

Questão 9. Diretrizes para a formação de um mecanismo econômico de gestão da natureza

Questão 10. Tipos e formas de pagamento dos recursos naturais.

Questão 11. Tipo de economia tecnogênica e suas limitações

Questão 12. Desenvolvimento ecológico e econômico no conceito de sustentabilidade dos sistemas econômicos

Questão 13. A ecosfera como um sistema complexo e dinâmico de autorregulação. homeostase da ecosfera. O papel da matéria viva.

Questão 14. Ecossistema e biogeocenose: definições de semelhanças e diferenças.

Questão 15. Produtividade biológica (pb) dos ecossistemas (biogeocenoses).

Questão 16. Inter-relação de produtividade biológica e estabilidade ecológica.

Questão 17. Sucessões ecológicas, naturais e artificiais. Use para fins práticos.

Questão 18. Métodos de gestão de populações e ecossistemas (biogeocenoses).

Questão 19. Sistemas regionais e locais de gestão da natureza.

Pergunta 20

1. Manejo tradicional da natureza e seus principais tipos.

21. Problemas ambientais de energia e formas de resolvê-los.

22. Problemas ambientais da indústria e formas de resolvê-los.

23. Problemas ecológicos da agricultura e formas de resolvê-los.

24. Problemas ambientais de transporte e formas de resolvê-los.

25. Impacto antropogênico na atmosfera e formas de reduzir o efeito negativo.

26. Impacto antropogênico na hidrosfera e formas de reduzir o efeito negativo.

27. O problema do uso racional dos recursos da terra.

31. O papel do fator institucional no conceito de desenvolvimento sustentável.

32. Mudanças climáticas antropogênicas.

33. Principais mecanismos de interação entre a hidrosfera e a atmosfera.

34. Proteção das espécies e diversidade ecossistêmica da biosfera.

35. Paisagens modernas. Classificação e distribuição.

36. Estrutura vertical e horizontal das paisagens.

37. Problemas de desmatamento e desertificação.

38. Problemas de conservação da diversidade genética.

39. Aspectos geoecológicos de situações de crise global: degradação dos sistemas de suporte à vida da ecosfera. problemas de recursos.

41. Especialização ecológica. Princípios básicos. Lei da Federação Russa "Sobre Perícia Ecológica".

42. Desenvolvimento sustentável como base para a gestão racional da natureza. Decisões da Conferência do Rio de Janeiro (1992) e da Cúpula Mundial de Joanesburgo (2002).

44. O papel dos veículos na poluição ambiental.

45. A agricultura como sistema de ramificação da gestão da natureza.

46. Reservas naturais estatais da Rússia: status, regime, funções, tarefas e perspectivas de desenvolvimento.

Questão 49. Reservas naturais estatais da Rússia: status, regime, funções, tarefas e perspectivas de desenvolvimento.

Questão 51. A cultura ecológica como fator de formação e evolução dos sistemas de gestão ambiental.

Questão 52. Diferenças no consumo de recursos naturais em países de diferentes tipos.

21. Problemas ambientais de energia e formas de resolvê-los.

Atualmente, as necessidades energéticas são atendidas principalmente por três tipos de recursos energéticos: combustível orgânico, água e núcleo atômico. A energia da água e a energia atômica são utilizadas pelo homem após transformá-la em energia elétrica. Ao mesmo tempo, uma quantidade significativa de energia contida no combustível orgânico é utilizada na forma de calor, e apenas parte dela é convertida em eletricidade. No entanto, em ambos os casos, a liberação de energia do combustível orgânico está associada à sua combustão e, consequentemente, à liberação de produtos da combustão no meio ambiente.

Problemas ambientais da engenharia de energia térmica

O impacto das usinas termelétricas no meio ambiente depende em grande parte do tipo de combustível queimado.

combustível sólido. Quando combustíveis sólidos são queimados, cinzas volantes com partículas de combustível não queimado, anidridos sulfurosos e sulfúricos, óxidos de nitrogênio, uma certa quantidade de compostos de flúor, bem como produtos gasosos da combustão incompleta de combustível, entram na atmosfera. A cinza volante em alguns casos contém, além de componentes não tóxicos, impurezas mais nocivas. Assim, nas cinzas de antracitos de Donetsk, o arsênico está contido em pequenas quantidades, e nas cinzas de Ekibastuz e alguns outros depósitos - dióxido de silício livre, nas cinzas de xistos e carvões da bacia de Kansk-Achinsk - óxido de cálcio livre. Os combustíveis sólidos incluem carvão e turfa.

Combustível líquido. Ao queimar combustível líquido (óleo combustível) com gases de combustão, dióxido de enxofre e anidridos sulfúricos, óxidos de nitrogênio, compostos de vanádio, sais de sódio, bem como substâncias removidas da superfície das caldeiras durante a limpeza, entram no ar atmosférico. Do ponto de vista ambiental, os combustíveis líquidos são mais “higiênicos”. Ao mesmo tempo, desaparece completamente o problema dos depósitos de cinzas, que ocupam grandes áreas, excluem seu uso útil e são fonte de poluição atmosférica constante na área da estação devido à remoção de parte das cinzas com os ventos. Não há cinzas volantes nos produtos de combustão de combustíveis líquidos. Para combustível líquido aplica-se ao gás natural.

As usinas termelétricas usam carvão, petróleo e derivados, gás natural e, menos comumente, madeira e turfa como combustível. Os principais componentes dos materiais combustíveis são carbono, hidrogênio e oxigênio, enxofre e nitrogênio estão contidos em quantidades menores, traços de metais e seus compostos (na maioria das vezes óxidos e sulfetos) também estão presentes.

Junto com as emissões gasosas, a engenharia termoelétrica produz enormes massas de resíduos sólidos; estes incluem cinzas e escórias.

Os resíduos das plantas de preparação de carvão contêm 55-60% SiO2, 22-26% Al2O3, 5-12% Fe2O3, 0,5-1% CaO, 4-4,5% K2O e Na2O e até 5% C. Eles entram nos lixões, que produzem poeira, fumaça e pioram drasticamente o estado da atmosfera e territórios adjacentes.

Uma usina a carvão requer 3,6 milhões de toneladas de carvão, 150 m3 de água e cerca de 30 bilhões de m3 de ar anualmente. Esses números não levam em consideração as perturbações ambientais associadas à extração e transporte de carvão.

A poluição e o desperdício de instalações de energia na forma de fases gasosas, líquidas e sólidas são distribuídos em dois fluxos: um causa mudanças globais e o outro - regional e local. O mesmo ocorre em outros setores da economia, mas ainda assim a energia e a queima de combustíveis fósseis continuam sendo uma das principais fontes de poluentes globais. Eles entram na atmosfera e, devido ao seu acúmulo, a concentração de pequenos componentes de gases da atmosfera, incluindo gases de efeito estufa, muda. Na atmosfera, apareceram gases que estavam praticamente ausentes antes - clorofluorocarbonos. Estes são poluentes globais que têm um alto efeito estufa e ao mesmo tempo participam da destruição da tela de ozônio estratosférico.

A chamada poluição térmica de corpos d'água com diversas violações de sua condição também é perigosa. As usinas termelétricas produzem energia usando turbinas acionadas por vapor aquecido. Durante a operação das turbinas, é necessário resfriar o vapor de exaustão com água, portanto, uma corrente de água sai continuamente da usina, geralmente aquecida de 8 a 12 ° C e descarregada em um reservatório. Grandes usinas termelétricas precisam de grandes volumes de água. Eles descarregam 80-90 m3/s de água em estado aquecido. Isso significa que um poderoso fluxo de água quente está fluindo continuamente para o reservatório, aproximadamente na escala do rio Moscou.

Problemas ambientais da energia hidrelétrica

Uma das razões mais importantes para a diminuição da participação de energia recebida em usinas hidrelétricas é o forte impacto de todas as etapas de construção e operação de usinas hidrelétricas no meio ambiente.

De acordo com vários estudos, um dos impactos mais importantes da energia hidrelétrica no meio ambiente é a alienação de grandes áreas de terras férteis (planícies de inundação) para reservatórios. Na Rússia, onde não mais de 20% da eletricidade é produzida através do uso de recursos hídricos, pelo menos 6 milhões de hectares de terra foram inundados durante a construção de usinas hidrelétricas. Ecossistemas naturais foram destruídos em seu lugar.

Uma diminuição na temperatura do ar e um aumento nos fenômenos de neblina estão associados ao aumento da evaporação. A diferença entre os balanços térmicos dos reservatórios e os terrenos adjacentes determina a formação de ventos locais, como as brisas. Estes, assim como outros fenômenos, resultam em uma mudança nos ecossistemas (nem sempre positiva), uma mudança no clima. Em alguns casos, na área de reservatórios, é necessário mudar o rumo da agricultura. Por exemplo, nas regiões do sul do nosso país, algumas culturas que gostam de calor (melões) não têm tempo para amadurecer, a incidência de plantas aumenta e a qualidade dos produtos se deteriora.

Os custos da construção hidráulica para o meio ambiente são sensivelmente menores em regiões montanhosas, onde os reservatórios costumam ser pequenos em área. No entanto, em áreas montanhosas sísmicas, os reservatórios podem provocar terremotos. A probabilidade de deslizamentos de terra e a probabilidade de desastres como resultado da possível destruição de barragens está aumentando.

Considerando o impacto das UHEs no meio ambiente, deve-se ainda observar a função salva-vidas das UHEs. Assim, a geração de cada bilhão de kWh de eletricidade em UHEs em vez de UTEs leva a uma diminuição da mortalidade em 100-226 pessoas por ano.

Problemas da energia nuclear

A energia nuclear pode ser considerada atualmente como a mais promissora. Isso se deve tanto aos estoques relativamente grandes de combustível nuclear quanto ao impacto suave no meio ambiente. As vantagens também incluem a possibilidade de construir uma usina nuclear sem estar vinculada a depósitos de recursos, já que seu transporte não exige custos significativos devido aos pequenos volumes. Basta dizer que 0,5 kg de combustível nuclear permite obter tanta energia quanto queimar 1.000 toneladas de carvão.

Muitos anos de experiência na operação de usinas nucleares em todos os países mostram que elas não têm um impacto significativo no meio ambiente. Em 1998, o tempo médio de operação da CN era de 20 anos. A confiabilidade, segurança e eficiência econômica das usinas nucleares baseiam-se não apenas na regulamentação estrita da operação das usinas nucleares, mas também na redução ao mínimo absoluto do impacto das usinas nucleares no meio ambiente.

Antes do desastre de Chernobyl em nosso país, nenhuma indústria tinha um nível menor de acidentes industriais do que as usinas nucleares. 30 anos antes da tragédia, 17 pessoas morreram em acidentes, e mesmo assim não por razões de radiação. A partir de 1986, o principal risco ambiental das usinas nucleares passou a ser associado à possibilidade de acidente. Embora sua probabilidade em usinas nucleares modernas seja baixa, não está excluída.

Até recentemente, os principais problemas ambientais das usinas nucleares estavam associados ao descarte de combustível irradiado, bem como à liquidação das próprias usinas nucleares após o término de sua vida operacional permitida. Há evidências de que o custo dessas obras de liquidação é de 1/6 a 1/3 do custo das próprias centrais nucleares. De maneira geral, podem ser mencionados os seguintes impactos da CN no meio ambiente: 1 - destruição de ecossistemas e seus elementos (solos, solos, estruturas aquíferas, etc.) em locais de mineração de minério (especialmente com método aberto); 2 - retirada de terrenos para construção das próprias usinas nucleares; 3 - retirada de volumes significativos de água de várias fontes e descarga de água aquecida; 4 - contaminação radioativa da atmosfera, águas e solos durante a extração e transporte de matérias-primas, bem como durante a operação de usinas nucleares, armazenamento e processamento de resíduos, não sendo descartada sua destinação.

Sem dúvida, em um futuro próximo, a energia térmica permanecerá dominante no balanço energético do mundo e dos países individuais. Há uma alta probabilidade de aumento da participação do carvão e de outros tipos de combustíveis menos limpos na produção de energia. Algumas formas e métodos de seu uso podem reduzir significativamente o impacto negativo no meio ambiente. Esses métodos baseiam-se principalmente no aprimoramento das tecnologias de preparação de combustível e captura de resíduos perigosos. Entre eles:

1. Utilização e aperfeiçoamento dos dispositivos de limpeza.

3. Grandes e reais oportunidades para reduzir ou estabilizar o fluxo de poluição no meio ambiente estão associadas à economia de energia.

4. Não menos significativas são as possibilidades de economia de energia na vida cotidiana e no trabalho, melhorando as propriedades isolantes dos edifícios. É extremamente desperdício usar energia elétrica para produzir calor. Portanto, a combustão direta de combustível para produzir calor, especialmente gás, é muito mais eficiente do que transformá-lo em eletricidade e depois voltar a ser calor.

5. A eficiência do combustível também aumenta visivelmente quando ele é usado em vez de uma usina termelétrica em uma usina termelétrica. + Uso de energia alternativa

6. Uso de fontes alternativas de energia sempre que possível.

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E ECOLOGIA.

1.3. Combustíveis alternativos

1.5. Neutralização

Bibliografia

MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA E ECOLOGIA

1.1. Emissões nocivas na composição dos gases de escape e seu impacto na vida selvagem

Com a combustão completa dos hidrocarbonetos, os produtos finais são dióxido de carbono e água. No entanto, a combustão completa em motores alternativos de combustão interna é tecnicamente impossível de alcançar. Hoje, cerca de 60% da quantidade total de substâncias nocivas emitidas na atmosfera das grandes cidades é contabilizada pelo transporte rodoviário.

A composição dos gases de escape dos motores de combustão interna inclui mais de 200 substancias químicas. Entre eles:

produtos de combustão incompleta na forma de monóxido de carbono, aldeídos, cetonas, hidrocarbonetos, hidrogênio, compostos de peróxido, fuligem;
produtos de reações térmicas de nitrogênio com oxigênio - óxidos de nitrogênio;
compostos de substâncias inorgânicas que fazem parte do combustível - chumbo e outros metais pesados, dióxido de enxofre, etc.;
excesso de oxigênio.

A quantidade e a composição dos gases de escape são determinadas pelas características de projeto dos motores, seu modo de operação, condição técnica, qualidade das superfícies da estrada, condições climáticas. Na fig. 1.1 mostra as dependências do teor de substâncias básicas na composição dos gases de escape.

Na tabela. 1.1 mostra as características do ritmo urbano do carro e os valores médios de emissões em percentagem do seu valor total para ciclo completo tráfego urbano condicional.

O monóxido de carbono (CO) é formado nos motores durante a combustão de misturas ar-combustível enriquecidas, bem como devido à dissociação do dióxido de carbono, em altas temperaturas. NO condições normais O CO é um gás incolor e inodoro. O efeito tóxico do CO está em sua capacidade de converter parte da hemoglobina do sangue em carboxiemoglobina, o que causa uma violação da respiração dos tecidos. Junto com isso, o CO tem um efeito direto no tecido processos bioquímicos, implicando uma violação do metabolismo de gorduras e carboidratos, equilíbrio vitamínico, etc. Efeito tóxico O CO também está associado à sua influência direta nas células do centro sistema nervoso. Quando exposto a uma pessoa, o CO causa dor de cabeça, tontura, fadiga, irritabilidade, sonolência e dor na região do coração. Intoxicação aguda são observados ao inalar ar com concentração de CO superior a 2,5 mg / l por 1 hora.

Tabela 1.1

Características do ritmo urbano do carro

Os óxidos de nitrogênio nos gases de escape são formados como resultado da oxidação reversível do nitrogênio com o oxigênio atmosférico sob a influência de altas temperaturas e pressão. À medida que os gases de escape esfriam e os diluem com oxigênio atmosférico, o óxido de nitrogênio se transforma em dióxido. O óxido nítrico (NO) é um gás incolor, o dióxido de nitrogênio (NO 2) é um gás marrom-avermelhado com odor característico. Os óxidos de nitrogênio, quando ingeridos, combinam-se com a água. Ao mesmo tempo, eles formam compostos de ácido nítrico e nitroso no trato respiratório. Os óxidos de nitrogênio irritam as membranas mucosas dos olhos, nariz e boca. A exposição ao NO 2 contribui para o desenvolvimento de doenças pulmonares. Os sintomas de envenenamento aparecem apenas após 6 horas na forma de tosse, asfixia e aumento do edema pulmonar é possível. O NOX também está envolvido na formação da chuva ácida.

Óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos são mais pesados que o ar e podem se acumular perto de estradas e ruas. Neles, sob a influência da luz solar, ocorrem várias reações químicas. A decomposição de óxidos de nitrogênio leva à formação de ozônio (O 3). Em condições normais, o ozônio é instável e se decompõe rapidamente, mas na presença de hidrocarbonetos, o processo de sua decomposição diminui. Ele reage ativamente com partículas de umidade e outros compostos, formando smog. Além disso, o ozônio corrói os olhos e os pulmões.

Os hidrocarbonetos individuais CH (benzapireno) são os carcinógenos mais fortes, cujos portadores podem ser partículas de fuligem.

Quando o motor está funcionando com gasolina com chumbo, partículas de óxido de chumbo sólido são formadas devido à decomposição do chumbo tetraetila. Estão presentes nos gases de escape como partículas menores 1–5 µm de tamanho, que persistem na atmosfera por muito tempo. A presença de chumbo no ar causa sérios danos aos órgãos digestivos, sistema nervoso central e periférico. O efeito do chumbo no sangue se manifesta na diminuição da quantidade de hemoglobina e na destruição dos glóbulos vermelhos.

A composição dos gases de escape dos motores a diesel difere dos motores a gasolina (Tabela 10.2). Em um motor diesel, a combustão do combustível é mais completa. Isso produz menos monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados. Mas, ao mesmo tempo, devido ao excesso de ar no motor diesel, grande quantidadeóxidos de nitrogênio.

Além disso, a operação de motores a diesel em certos modos é caracterizada por fumaça. A fumaça preta é um produto da combustão incompleta e consiste em partículas de carbono (fuligem) de 0,1 a 0,3 µm de tamanho. A fumaça branca, produzida principalmente quando o motor está em marcha lenta, consiste principalmente de aldeídos irritantes, partículas de combustível vaporizadas e gotículas de água. A fumaça azul é formada quando os gases de escape são resfriados ao ar. Consiste em gotículas de hidrocarbonetos líquidos.

Uma característica dos gases de escape dos motores a diesel é o conteúdo de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos cancerígenos, entre os quais a dioxina (éter cíclico) e o benzapireno são os mais prejudiciais. Este último, como o chumbo, pertence à primeira classe de poluentes de risco. Dioxinas e compostos relacionados são muitas vezes mais tóxicos do que venenos como curare e cianeto de potássio.

Tabela 1.2

A quantidade de componentes tóxicos (em g),

formado durante a combustão de 1 kg de combustível

A acreolina também foi encontrada nos gases de escape (especialmente quando os motores a diesel estão funcionando). Tem cheiro de gordura queimada e, em níveis acima de 0,004 mg/l, causa irritação do trato respiratório superior, além de inflamação da mucosa dos olhos.

As substâncias contidas nos gases de escape dos automóveis podem causar danos progressivos no sistema nervoso central, fígado, rins, cérebro, órgãos genitais, letargia, síndrome de Parkinson, pneumonia, ataxia endémica, gota, cancro brônquico, dermatite, intoxicação, alergias, doenças respiratórias e outras . . A probabilidade de ocorrência de doenças aumenta à medida que aumenta o tempo de exposição a substâncias nocivas e sua concentração.

1.2. Restrições legislativas sobre emissões de substâncias nocivas

Os primeiros passos para limitar a quantidade de substâncias nocivas nos gases de escape foram dados nos Estados Unidos, onde o problema da poluição por gases no principais cidades tornou-se mais relevante após a Segunda Guerra Mundial. No final dos anos 60, quando as megacidades da América e do Japão começaram a sufocar com o smog, as comissões governamentais desses países tomaram a iniciativa. Atos legislativos sobre a redução obrigatória de emissões tóxicas de carros novos forçaram os fabricantes a melhorar os motores e desenvolver sistemas de neutralização.

Em 1970, foi aprovada uma lei nos Estados Unidos, segundo a qual o nível de componentes tóxicos nos gases de escape dos carros do ano modelo 1975 deveria ser menor que o dos carros da década de 1960: CH - em 87%, CO - em 82% e NOx - em 24%. Requisitos semelhantes foram legalizados no Japão e na Europa.

O desenvolvimento de regras, regulamentos e padrões pan-europeus no campo da ecologia de equipamentos automotivos é realizado pelo Comitê de transporte interno. Os documentos por ela emitidos são chamados de Regras da UNECE e são obrigatórios para os países participantes do Acordo de Genebra de 1958, ao qual a Rússia também aderiu.

De acordo com essas regras, as emissões permitidas de substâncias nocivas desde 1993 foram limitadas: para monóxido de carbono de 15 g/km em 1991 para 2,2 g/km em 1996, e para a soma de hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio de 5,1 g/km em 1991 para 0,5 g/km em 1996. Em 2000, padrões ainda mais rigorosos foram introduzidos (Fig. 1.2). Um aperto forte dos padrões também é fornecido para caminhões a diesel (Fig. 1.3).

Arroz. 1.2. Dinâmica dos limites de emissão

para veículos com peso até 3,5 toneladas (gasolina)

Os padrões introduzidos para carros em 1993 foram chamados de EBPO-I, em 1996 - EURO-II, em 2000 - EURO-III. A introdução de tais normas trouxe os regulamentos europeus ao nível dos padrões dos EUA.

Junto com o aperto quantitativo das normas, sua mudança qualitativa também está ocorrendo. Em vez de restrições à fumaça, foi introduzido o racionamento de partículas sólidas, em cuja superfície são adsorvidos hidrocarbonetos aromáticos perigosos para a saúde humana, em particular o benzapireno.

A regulamentação da emissão de partículas limita a quantidade de partículas em uma extensão muito maior do que a limitação de fumaça, o que permite estimar apenas a quantidade de partículas que torna os gases de escape visíveis.

Arroz. 1.3. Dinâmica dos limites de emissões nocivas para caminhões a diesel com peso bruto superior a 3,5 toneladas estabelecido pela CEE

A fim de limitar a emissão de hidrocarbonetos tóxicos, estão a ser introduzidas normas para o teor do grupo de hidrocarbonetos isento de metano nos gases de escape. Está prevista a introdução de restrições à liberação de formaldeído. A limitação da evaporação do combustível do sistema de alimentação de carros com motores a gasolina é fornecida.

Tanto nos EUA quanto nas Regras da UNECE, a quilometragem dos carros (80 mil e 160 mil km) é regulamentada, durante a qual eles devem cumprir os padrões de toxicidade estabelecidos.

Na Rússia, os padrões que limitam a emissão de substâncias nocivas por veículos motorizados começaram a ser introduzidos nos anos 70: GOST 21393-75 “Carros com motores a diesel. Exaustão de fumaça. Normas e métodos de medição. Requisitos de segurança” e GOST 17.2.1.02-76 “Proteção da natureza. Atmosfera. Emissões de motores de automóveis, tratores, máquinas agrícolas e rodoviárias autopropelidas. Termos e definições".

Nos anos oitenta, GOST 17.2.2.03-87 “Proteção da Natureza. Atmosfera. Normas e métodos para medir o teor de monóxido de carbono e hidrocarbonetos nos gases de escape de veículos com motores a gasolina. Requisitos de segurança” e GOST 17.2.2.01-84 “Proteção da natureza. Atmosfera. Diesel é automóvel. Exaustão de fumaça. Normas e métodos de medição”.

As normas, de acordo com o crescimento da frota e a orientação para regulamentos UNECE semelhantes, foram gradualmente reforçadas. No entanto, desde o início da década de 1990 Padrões russos em termos de rigidez, começaram a ceder significativamente aos padrões introduzidos pela UNECE.

Os motivos do atraso são o despreparo da infraestrutura para operação de equipamentos automotivos e tratores. Para a prevenção, reparação e manutenção de veículos equipados com sistemas eletrónicos e de neutralização, é necessária uma rede desenvolvida de estações de serviço com pessoal qualificado, modernos equipamentos de reparação e equipamentos de medição, inclusive no terreno.

GOST 2084-77 está em vigor, prevendo a produção na Rússia de gasolinas contendo tetraetileno de chumbo. O transporte e o armazenamento do combustível não garantem que os resíduos com chumbo não entrem na gasolina sem chumbo. Não há condições em que os proprietários de carros com sistemas de neutralização sejam garantidos contra o reabastecimento com gasolina com aditivos de chumbo.

No entanto, o trabalho está em andamento para reforçar os requisitos ambientais. O Decreto do Padrão Estadual da Federação Russa de 1º de abril de 1998 nº 19 aprovou as “Regras para a realização de trabalhos no sistema de certificação de veículos automotores e reboques”, que determinam o procedimento temporário para a aplicação na Rússia da UNECE Normas nº 834 e nº 495.

Em 1º de janeiro de 1999, GOST R 51105,97 “Combustíveis para motores de combustão interna. Gasolina sem chumbo. Especificações". Em maio de 1999, Gosstandart adotou uma resolução sobre a promulgação de normas estaduais que limitam a emissão de poluentes por carros. As normas contêm texto autêntico com os Regulamentos UNECE nº 49 e nº 83 e entram em vigor em 1º de julho de 2000. No mesmo ano, a norma GOST R 51832-2001 “Motores de combustão interna de ignição positiva a gasolina e veículos automotores ” com um peso bruto superior a 3,5 toneladas, equipado com estes motores. Emissões de substâncias nocivas. Requerimentos técnicos e métodos de teste”. Em 1º de janeiro de 2004, GOST R 52033-2003 “Veículos com motores a gasolina. Emissões de poluentes com gases de escape. Normas e métodos de controle na avaliação da condição técnica”.

Para atender às normas cada vez mais rigorosas de emissão de poluentes, os fabricantes de equipamentos automotivos estão aprimorando os sistemas de potência e ignição, utilizando combustíveis alternativos, neutralizando gases de escape e desenvolvendo usinas combinadas.

1.3. Combustíveis alternativos

No mundo todo grande atençãoé dada à substituição de combustíveis líquidos de petróleo por gás hidrocarboneto liquefeito (mistura propano-butano) e gás natural(metano), bem como misturas contendo álcool. Na tabela. 1.3 mostra indicadores comparativos de emissões de substâncias nocivas durante a operação de motores de combustão interna em vários combustíveis.

Tabela 1.3

As vantagens do gás combustível são o alto índice de octanas e a possibilidade de usar conversores. No entanto, ao usá-los, a potência do motor diminui e a grande massa e dimensões do equipamento de combustível reduzem o desempenho do veículo. Para desvantagens combustíveis gasosos alta sensibilidade aos ajustes do equipamento de combustível também se aplica. Com qualidade de fabricação insatisfatória de equipamentos de combustível e com baixa cultura operacional, a toxicidade dos gases de escape de um motor funcionando combustível de gás, pode ultrapassar os valores da versão a gasolina.

Em países de clima quente, os carros com motores movidos a álcool (metanol e etanol) se generalizaram. O uso de álcoois reduz a emissão de substâncias nocivas em 20-25%. As desvantagens dos combustíveis de álcool incluem uma deterioração significativa nas qualidades de partida do motor e a alta corrosividade e toxicidade do próprio metanol. Na Rússia, os combustíveis de álcool para carros não são usados atualmente.

Cada vez mais atenção, tanto em nosso país quanto no exterior, está sendo dada à ideia de usar hidrogênio. As perspectivas deste combustível são determinadas pela sua compatibilidade ambiental (para carros que funcionam com este combustível, as emissões de monóxido de carbono são reduzidas em 30 a 50 vezes, óxidos de nitrogênio em 3 a 5 vezes e hidrocarbonetos em 2 a 2,5 vezes), ilimitabilidade e renovabilidade . matérias-primas. No entanto, a introdução de combustível de hidrogênio é limitada pela criação de sistemas de armazenamento de hidrogênio com uso intensivo de energia a bordo do carro. As baterias de hidreto metálico, reatores de decomposição de metanol e outros sistemas usados atualmente são muito complexos e caros. Levando em conta também as dificuldades associadas aos requisitos de geração e armazenamento compacto e seguro de hidrogênio a bordo de um carro, os carros com motor a hidrogênio ainda não têm nenhuma aplicação prática perceptível.

Como alternativa aos motores de combustão interna, usinas de energia, utilizando fontes de energia eletroquímica, baterias e geradores eletroquímicos. Os veículos elétricos distinguem-se pela boa adaptabilidade a modos variáveis de tráfego urbano, facilidade de manutenção e respeito pelo ambiente. No entanto, sua aplicação prática permanece problemática. Em primeiro lugar, não existem fontes de corrente eletroquímicas confiáveis, leves e suficientemente intensivas em energia. Em segundo lugar, a transição da frota de automóveis para alimentar baterias eletroquímicas levará ao gasto de uma enorme quantidade de energia em sua recarga. A maior parte dessa energia é gerada em usinas termelétricas. Ao mesmo tempo, devido à conversão múltipla de energia (química - térmica - elétrica - química - elétrica - mecânica), a eficiência geral do sistema é muito baixa e a poluição ambiental das áreas ao redor das usinas excederá muitas vezes os valores atuais.

1.4. Melhorando os sistemas de energia e ignição

Uma das desvantagens dos sistemas de potência do carburador é a distribuição desigual do combustível sobre os cilindros do motor. Isso causa um funcionamento desigual do motor de combustão interna e a impossibilidade de esgotar os ajustes do carburador devido ao esgotamento excessivo da mistura e à cessação da combustão em cilindros individuais (aumento de CH) com uma mistura enriquecida no restante (alta teor de CO nos gases de escape). Para eliminar esta deficiência, a ordem de funcionamento dos cilindros foi alterada de 1-2-4-3 para 1-3-4-2 e a forma das tubulações de admissão foi otimizada, por exemplo, o uso de receptores na admissão múltiplo. Além disso, vários divisores foram instalados sob os carburadores, direcionando o fluxo, e a tubulação de admissão é aquecida. Na URSS, um sistema autônomo ocioso (XX) foi desenvolvido e introduzido na produção em massa. Estas medidas permitiram cumprir os requisitos dos XX regimes.

Como mencionado acima, durante o ciclo urbano até 40% do tempo, o carro opera em modo de marcha lenta forçada (PHX) - frenagem do motor. Ao mesmo tempo, sob a válvula do acelerador, o vácuo é muito maior do que no modo XX, o que causa o reenriquecimento da mistura ar-combustível e a cessação de sua combustão nos cilindros do motor e a quantidade de emissões nocivas aumenta. Para reduzir as emissões nos modos PHH, foram desenvolvidos sistemas de amortecimento do acelerador (abridores) e economizadores de marcha lenta forçada EPHH. Os primeiros sistemas, abrindo ligeiramente o acelerador, reduzem o vácuo abaixo dele, evitando assim o enriquecimento excessivo da mistura. Este último bloqueia o fluxo de combustível para os cilindros do motor nos modos PXC. Os sistemas PECH podem reduzir a quantidade de emissões nocivas em até 20% e aumentar a eficiência de combustível em até 5% na operação urbana.

As emissões de óxidos de nitrogênio NOx foram combatidas diminuindo a temperatura de combustão da mistura combustível. Para isso, os sistemas de potência dos motores a gasolina e diesel foram equipados com dispositivos de recirculação dos gases de escape. O sistema, em certos modos de operação do motor, passava parte dos gases de escape do escapamento para o duto de admissão.

A inércia dos sistemas de dosagem de combustível não permite criar um projeto de carburador que atenda plenamente a todos os requisitos de precisão de dosagem para todos os modos de operação do motor, especialmente os transitórios. Para superar as deficiências do carburador, foram desenvolvidos os chamados sistemas de energia "injeção".

No início, eram sistemas mecânicos com fornecimento constante de combustível para a área da válvula de admissão. Estes sistemas permitiram cumprir os requisitos ambientais iniciais. Atualmente, trata-se de sistemas eletromecânicos com injeção fraseada e retorno.

Na década de 1970, a principal maneira de reduzir as emissões nocivas era usar misturas ar-combustível cada vez mais pobres. Para a sua ignição ininterrupta, foi necessário melhorar os sistemas de ignição de forma a aumentar a potência da faísca. O faquir restritivo nisso era a interrupção mecânica do circuito primário e a distribuição mecânica da energia de alta tensão. Para superar essa deficiência, foram desenvolvidos sistemas de transistor de contato e sem contato.

Hoje, sistemas de ignição sem contato com distribuição estática de energia de alta tensão sob o controle de uma unidade eletrônica, que otimiza simultaneamente o fornecimento de combustível e o tempo de ignição, estão se tornando mais comuns.

Nos motores a diesel, a principal direção de melhoria do sistema de potência foi aumentar a pressão de injeção. Hoje, a norma é a pressão de injeção de cerca de 120 MPa, para motores promissores de até 250 MPa. Isso permite uma combustão mais completa do combustível, reduzindo o teor de CH e partículas nos gases de escape. Assim como para a gasolina, para os sistemas de energia a diesel desenvolvidos sistemas eletrônicos controles do motor que não permitem que os motores entrem em modos de fumaça.

Vários sistemas de pós-tratamento de gases de escape estão sendo desenvolvidos. Assim, por exemplo, foi desenvolvido um sistema com um filtro no tubo de escape que mantém assunto particular escape. Após um certo tempo de operação, a unidade eletrônica dá um comando para aumentar o fornecimento de combustível. Isso leva a um aumento na temperatura dos gases de escape, o que, por sua vez, leva à queima de fuligem e à regeneração do filtro.

1.5. Neutralização

Na mesma década de 70, ficou claro que era impossível obter uma melhora significativa na situação de toxicidade sem o uso de dispositivos adicionais, pois a diminuição de um parâmetro acarreta o aumento de outros. Portanto, eles se envolveram ativamente na melhoria dos sistemas de pós-tratamento de gases de escape.

Os sistemas de neutralização foram usados no passado para equipamentos automotivos e tratores operando em condições especiais, como abertura de túneis e desenvolvimento de minas.

Existem dois princípios básicos para a construção de conversores - térmico e catalítico.

Conversor térmicoé uma câmara de combustão, localizada no tubo de escape do motor para pós-combustão dos produtos da combustão incompleta de combustível - CH e CO. Pode ser instalado no lugar da tubulação de exaustão e desempenhar suas funções. As reações de oxidação de CO e CH ocorrem muito rapidamente em temperaturas acima de 830°C e na presença de oxigênio não ligado na zona de reação. Os conversores térmicos são utilizados em motores de ignição comandada, nos quais a temperatura necessária para o fluxo efetivo das reações de oxidação térmica é fornecida sem o fornecimento de combustível adicional. A já alta temperatura dos gases de escape desses motores aumenta na zona de reação como resultado da queima de parte do CH e CO, cuja concentração é muito maior que a dos motores a diesel.

O neutralizador térmico (Fig. 1.4) consiste em uma carcaça com tubos de entrada (saída) e um ou dois insertos de tubo de chama feitos de chapa de aço resistente ao calor. A boa mistura do ar adicional necessário para a oxidação do CH e CO com os gases de exaustão é obtida pela intensa formação de vórtices e turbulência dos gases à medida que fluem pelos orifícios dos tubos e como resultado da mudança da direção de seu movimento por um sistema de defletores. Para uma pós-combustão eficaz de CO e CH, é necessário um tempo suficientemente longo, portanto, a velocidade dos gases no conversor é baixa, pelo que seu volume é relativamente grande.

Arroz. 1.4. Conversor térmico

Para evitar uma queda na temperatura dos gases de escape como resultado da transferência de calor para as paredes, a tubulação de escape e o conversor são cobertos com isolamento térmico, são instalados protetores térmicos nos canais de escape e o conversor é colocado o mais próximo possível possível ao motor. Apesar disso, leva um tempo significativo para aquecer o conversor térmico após a partida do motor. Para reduzir este tempo, aumenta-se a temperatura dos gases de escape, o que é conseguido enriquecendo a mistura combustível e reduzindo o tempo de ignição, embora ambos aumentem o consumo de combustível. Tais medidas são utilizadas para manter uma chama estável durante a operação transitória do motor. A inserção da chama também contribui para a diminuição do tempo até o início da oxidação efetiva de CH e CO.

conversores catalíticos– dispositivos contendo substâncias que aceleram reações, – catalisadores . Os conversores catalíticos podem ser "single-way", "two-way" e "three-way".

Neutralizadores do tipo oxidante monocomponente e bicomponente pós-queima (reoxidação) CO (componente único) e CH (componente duplo).

2CO + O 2 \u003d 2CO 2(a 250–300°С).

C m H n + (m + n/4) O 2 \u003d mCO 2 + n / 2H 2 O(acima de 400°С).

O conversor catalítico é uma carcaça de aço inoxidável incluída no sistema de escape. O bloco transportador do elemento ativo está localizado na carcaça. Os primeiros neutralizadores foram preenchidos com bolas de metal revestidas com uma fina camada de catalisador (ver Fig. 1.5).

Arroz. 1.5. Dispositivo conversor catalítico

Como substâncias ativas foram utilizadas: alumínio, cobre, cromo, níquel. As principais desvantagens dos neutralizadores de primeira geração eram a baixa eficiência e a curta vida útil. Os catalisadores à base de metais nobres – platina e paládio – mostraram-se os mais resistentes aos efeitos “venenosos” do enxofre, organossilício e outros compostos formados como resultado da combustão do combustível e do óleo contidos no cilindro do motor.

O transportador da substância ativa em tais neutralizadores é uma cerâmica especial - um monólito com muitos favos de mel longitudinais. Um substrato áspero especial é aplicado à superfície dos favos de mel. Isso possibilita aumentar a área de contato efetiva do revestimento com gases de escape até ~20 mil m 2 . A quantidade de metais preciosos depositados no substrato nesta área é de 2 a 3 gramas, o que permite organizar a produção em massa de produtos relativamente baratos.

A cerâmica pode suportar temperaturas de até 800–850 °C. Mau funcionamento do sistema de alimentação (partida difícil) e operação prolongada em uma mistura de trabalho enriquecida levam ao fato de que o excesso de combustível queimará no conversor. Isso leva ao derretimento das células e à falha do conversor. Hoje, favos de mel metálicos são usados como transportadores da camada catalítica. Isso possibilita aumentar a área da superfície de trabalho, obter menos contrapressão, acelerar o aquecimento do conversor até a temperatura de operação e expandir a faixa de temperatura para 1000–1050 °C.

Reduzindo conversores catalíticos de mídia, ou neutralizadores de três vias, são usados em sistemas de exaustão, tanto para reduzir as emissões de CO e CH, quanto para reduzir as emissões de óxidos de nitrogênio. A camada catalítica do conversor contém, além de platina e paládio, o elemento de terras raras ródio. Como resultado reações químicas na superfície de um catalisador aquecido a 600-800 ° C, CO, CH, NOx contidos nos gases de escape são convertidos em H 2 O, CO 2, N 2:

2NO + 2CO \u003d N 2 + 2CO 2.

2NO + 2H 2 \u003d N 2 + 2H 2 O.

A eficiência de um conversor catalítico de três vias atinge 90% em condições reais de operação, mas apenas na condição de que a composição da mistura combustível seja diferente da estequiométrica em não mais que 1%.

Devido a alterações nos parâmetros do motor devido ao seu desgaste, operação em modos não estacionários, desvio de configurações do sistema de potência, não é possível manter a composição estequiométrica da mistura combustível apenas devido ao projeto de carburadores ou injetores. É necessário um feedback que avalie a composição da mistura ar-combustível que entra nos cilindros do motor.

Até o momento, o sistema de feedback mais utilizado usando o chamado sensor de oxigênio(sonda lambda) à base de cerâmica de zircônio ZrO 2 (Fig. 1.6).

O elemento sensível da sonda lambda é uma tampa de zircônio 2 . As superfícies interna e externa da tampa são cobertas com finas camadas de liga de platina-ródio, que atuam como 3 e doméstico 4 eletrodos. Com parte rosqueada 1 o sensor está instalado no tubo de escape. Nesse caso, o eletrodo externo é lavado pelos gases processados e o interno - pelo ar atmosférico.

Arroz. 1.6. O design do sensor de oxigênio

O dióxido de zircônio em temperaturas acima de 350°C adquire a propriedade de um eletrólito, e o sensor se torna uma célula galvânica. O valor EMF nos eletrodos do sensor é determinado pela relação pressões parciais oxigênio por dentro e por fora elemento de detecção. Na presença de oxigênio livre nos gases de escape, o sensor gera um EMF da ordem de 0,1 V. Na ausência de oxigênio livre nos gases de escape, o EMF aumenta quase abruptamente para 0,9 V.

A composição da mistura é controlada após o sensor ter aquecido até as temperaturas de operação. A composição da mistura é mantida alterando a quantidade de combustível fornecida aos cilindros do motor no limite da transição da sonda EMF de baixo para alto nível de tensão. Para reduzir o tempo para atingir o modo de operação, são utilizados sensores aquecidos eletricamente.

As principais desvantagens dos sistemas com feedback e um conversor catalítico de três vias são: a impossibilidade de operar o motor com combustível com chumbo, um recurso bastante baixo do conversor e da sonda lambda (cerca de 80.000 km) e um aumento na resistência do escapamento sistema.

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Kolchin A. I. Cálculo de motores de automóveis e tratores / A. I. Kolchin, V. P. Demidov. M.: Superior. escola, 1971.
Motores de combustão interna / Ed. Dr. tecnologia. Ciências Profa. V.N. Lukanin. M.: Superior. escola, 1985.
Khachiyan A.S. Motores de combustão interna / A.S. Khachiyan et al. M.: Vyssh. escola, 1985.
Ross Tweg. Sistemas de injeção de gasolina. Dispositivo, manutenção, reparo: Prakt. subsídio / Ross Tweg. M.: Editora “Ao volante”, 1998.

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