Основные заблуждения по природоохранной тематике

Распространённые заблуждения в публикациях СМИ и учебной литературе по природоохранной проблематике.

• «Промышленное производство должно быть безотходным».

Начнём с достаточно известного и очевидного утверждения: полностью безотходная промышленность не существует. Действительно, если посмотреть, сколько стоит устранение загрязнений и отходов в любом производственном процессе, то легко убедиться, что полная очистка потребует бесконечно больших расходов. Это справедливо не только для химической промышленности, но и для всех остальных отраслей. Не надо забывать о том, что помимо вещественных загрязнений (дым, летучие соединения, жидкие и твёрдые отходы) промышленное производство загрязняет среду обитания сбрасываемым теплом — тепловую энергию в соответствии со вторым законом термодинамики нельзя полностью превратить в работу. Кроме того, большинство производственных процессов сопровождается звуковым и электромагнитным загрязнением атмосферы.

Несмотря на то, что для специалистов и просто образованных людей утверждение о нереальности существования полностью безотходных производств вполне тривиально, регулярно появляются публикации, авторы которых требуют выпускать продукцию безо всяких отходов, подобно природе, — ведь она-то «работает» безотходно. И в самом деле, в природе за миллионы лет установилось равновесие, обеспечиваемое совокупностью циклических процессов, круговоротов вещества и энергии. В результате все основные характеристики природной среды остаются на одном и том же уровне. Любопытно, например, что среднегодовое число вулканических извержений на Земле приблизительно постоянно. Поэтому вулканические газы, пепел, лава, которые, казалось бы, можно считать природными отходами, вовлекаются в круговорот материи, становясь необходимым компонентом глобальных циклических процессов. Если вдруг по каким-то причинам извержения вулканов прекратятся, то равновесие будет нарушено и последствия окажутся непредсказуемыми.

Масштаб техногенной деятельности человека в последние десятилетия стал сравним с масштабом геологических процессов. Значит, для реализации требования безотходности промышленности необходимо ни много ни мало связать воедино все производственные процессы на Земле, замкнуть их в одну гигантскую материально-энергетическую систему. В принципе это возможно, но решение такой задачи окажется по силам только нашим далёким потомкам. А сегодня надо стремиться к реализации малоотходных промышленных производств.

• «Необходимо переходить к безотходному сельскому хозяйству».

Экологически чистое крупномасштабное сельскохозяйственное производство также невозможно. Важно отметить, что для преодоления продовольственного кризиса (сегодня полноценно питаются только 20% населения планеты, а примерно 20% попросту голодают) необходимо повсеместное введение в практику методов интенсивного земледелия, которое обеспечивало бы урожаи зерновых культур на уровне 100 ц/га. Такие урожаи возможны лишь при использовании минеральных удобрений и синтетических средств защиты растений — продуктов промышленного производства, а также гигантского парка сельскохозяйственной техники. Оценки показывают, что объём производства азотных и фосфорных удобрений должен составлять около 1 млрд. тонн в год. Следовательно, необходимо значительно наращивать мощности химической промышленности, которая принципиально не может быть экологически чистой. При указанных объёмах производства само сельское хозяйство становится, по существу, отраслью промышленности.

Понятно, что в условиях интенсивного сельского хозяйства велик поток отходов животноводства и растениеводства. Отметим также, что метан, выделяющийся в местах разведения крупного рогатого скота, уже теперь вносит заметный вклад в парниковый эффект.

• «Возобновляемые источники энергии являются экологически чистыми».

Если рассуждения по поводу двух предыдущих тезисов не вызывают протеста, то утверждение о том, что нельзя получить экологически чистую энергию, для многих оказывается неожиданным. Тем не менее, это действительно так. Все, конечно, согласны с тем, что использование энергии горючих ископаемых сопряжено с интенсивным загрязнением природной среды. Каменный уголь — экологически грязное топливо, нефть несколько чище, но тоже при сгорании даёт множество неприятных продуктов, ещё чище природный газ, но и он не без греха. Но какими загрязнениями чревато использование солнечной энергии, энергии ветра, морских приливов или земных недр?

Рассматривая возобновляемые источники энергии, следует начать с гидроэнергетики. Сегодня доля электроэнергии, генерируемой гидроэлектростанциями, составляет около 10% от всей добываемой человечеством энергии. Развитие этого вида энергетики сдерживают не столько дороговизна строительства ГЭС, сколько неблагоприятные экологические последствия этого. Строительство крупных гидростанций на равнинных реках привело к возникновению громадных мелководных водохранилищ. Оказались затопленными огромные пространства сельскохозяйственных угодий, сенокосных лугов, лесов. Сильно замедлилось течение воды, она прогрелась и зацвела. Почти прекратилась миграция проходных рыб. Все эти печальные последствия можно видеть на примере Волги, гидроэнергетические ресурсы которой практически исчерпаны. Великая река стала цепью слабопроточных водохранилищ.

Немногим лучше обстоит дело с возведением ГЭС в горах. Здесь площадь зеркала водохранилищ меньше, глубина больше, но воздействие большой массы воды на тектонику прилегающих горных массивов непредсказуемо. К тому же эти водоёмы довольно быстро мелеют из-за интенсивного накопления донных осадков.

Прежде чем рассматривать нетрадиционные источники энергии, примем к сведению очень важное обстоятельство: нас интересует возможность использования энергии Солнца, ветра,приливов и т. п. в больших масштабах, мы пытаемся оценить перспективы замены традиционных энергоносителей — в первую очередь нефти — в связи с их грядущим исчерпанием. Если в наши дни суммарная доля альтернативных энергоносителей в мировом производстве энергии составляет около 1%, то в ближайшем будущем можно ожидать ситуации, когда примерно четверть всей вырабатываемой энергии будет получаться за счёт возобновляемых источников. Итак, мы хотим выяснить экологические последствия расширенного применения нетрадиционных видов энергии.

Энергия ветра.Понятно, что одна ветроэлектроустановка безобидна. Но как только мы захотим с помощью энергии ветра выработать, скажем, 20% необходимой нашей стране электроэнергии (это примерно 1 трлн. кВт • ч), окажется, что для строительства ветроэлектростанций потребуются весьма значительные площади земли; для изготовления десятков тысяч ветряков придётся организовать новую отрасль промышленности (а любое производство сопряжено с экологическими проблемами). Придётся резко увеличить выпуск алюминия или стеклопластика, а это весьма грязные производства. Будут проблемы и при эксплуатации ветроустановок: ветряк мощностью 250 кВт создаёт шум силой 50-80 дБ; ветряные колёса генерируют опасные инфразвуковые колебания и создают помехи приёму телевизионных передач.

Но, по-видимому, главная неприятность состоит в том, что из-за крупномасштабного использования энергии ветра он будет рассеиваться и ослабевать, изменится роза ветров, и, следовательно, нарушатся климатическое равновесие, перенос влаги и тепла.

Замечу, что эти соображения нельзя считать умозрительными. Известно, что в некоторых странах Западной Европы правительства, желая уменьшить зависимость экономики от поставок нефти и газа, принимают решения об увеличении доли ветроэнергии в топливно-энергетическом балансе. Так происходит, в частности, в Дании. Однако датские власти натолкнулись на сопротивление «зелёных»: дело в том, что строить пятьсот ветроустановок планировалось на морском мелководье – свободных территорий в Дании нет. А эта акватория — место традиционного обитания птиц. Кроме того, «зелёные» ссылаются на невыносимый шум и помехи для распространения радиоволн.

Энергия Солнца.Различные схемы преобразования солнечной энергии в электрическую или тепловую также сопряжены со значительным воздействием на природу (напомню, что речь идёт о широкомасштабном производстве). Для строительства солнечных станций потребуется отчуждение огромных площадей, гораздо больших, нежели для тепловых электростанций той же мощности. Но проблема не только в этом. Любой способ преобразования солнечной энергии отличается высокой материалоёмкостью, причём для изготовления оборудования требуется либо уже упомянутый экологически опасный в производстве алюминий (башни, баки, конструкции светоотражателей), либо ещё более опасный кремний (материал для солнечных батарей). Так, технология производства высокочистого кремния включает стадии его восстановления магнием из диоксида кремния и дальнейший синтез через трихлорсилан. Эти и иные способы получения кремния «солнечной» чистоты при крупнотоннажном производстве серьёзно загрязнят окружающую среду. Ещё большую экологическую опасность представляет производство арсенида галлия, который может прийти на смену кремнию.

Как и ветроэнергетика, солнечная энергетика несёт в себе неустранимую опасность. Она заключается в том, что при отборе солнечного тепла будет происходить локальное похолодание, пропорциональное количеству преобразованной солнечной энергии. Этим эффектом вполне можно пренебречь при строительстве маломощных устройств. Но при проектировании крупных солнечных станций, которые должны вносить заметный вклад в энергетический баланс страны и занимать сотни квадратных километров, не учитывать этого нельзя. Как отметил академик П. Л. Капица, применение фотопреобразователей с высоким КПД (лишь такие выгодны экономически) может привести к понижению температуры, из-за которого начнётся конденсация водяного пара в атмосфере и, соответственно, прекратят работу фотоприёмники. Если ограничить КПД 15% (уровень лучших современных преобразователей), то туман не будет появляться, но тогда под солнсчныестанции придётся отчуждать ещё более гигантские территории. Можно предположить, что климат на этих территориях станет прохладнее.

Тепло Земли. Не меньшие, а возможно, и большие трудности экологического характера возникают при проектировании крупных геотермальных электростанций. Работа геотермальных ТЭС сопряжена с необходимостью сбрасывать горячую и более или менее минерализованную воду. Сброс такой воды в реки представляет значительную опасность для гидробионтов. Из-за повышенной температуры уменьшается концентрация растворённого в воде кислорода — его уже недостаточно для многих рыб (форель, например, живёт только в холодной воде), а минеральные примеси угнетают водные организмы. Отбор из скважин пароводяной смеси сопровождается выбросом в атмосферу пара, а зачастую и токсичных газов; расширяющийся при выходе на поверхность пар создаёт сильный шум.

Из перечисленных фактов наиболее неприятна необходимость сбрасывать горячую воду. Её полагается закачивать через специально пробуренные скважины обратно в земные недра. Но последствия этого при крупномасштабном производстве прогнозировать очень трудно.

Влияние ГеоТЭС на природу можно наблюдать на примере Паужетской станции на Южной Камчатке: в радиусе двух-трёх километров вокруг станции торчат голые, без коры и листьев, стволы камчатской каменной берёзы, далеко слышен неумолчный рёв выходящего на поверхность пара. А мощность станции всего 11 МВт. Для сравнения отметим, что мощность главных турбин атомного ледокола «Арктика» 55 МВт.

Энергия морских приливов. Использование этой энергии также вызывает неблагоприятные экологические последствия: крупная приливно-отливная гидростанция представляет собой внушительных размеров плотину, затрудняющую водообмен между морем и морским заливом. Плотина препятствует естественной миграции гидробионтов, нарушает установившиеся за миллионы лет связи. Это, конечно, неприятно, но не катастрофично. Однако есть и более серьёзные опасения: физики рассчитали, что строительство группы приливно-отливных электростанций большой мощности (сотни гига-ватт) - а именно такие нужны для компенсации дефицита горючих ископаемых - на доли секунды замедлит вращение Земли! Последствия этого трудно даже представить.

Аналогичным образом можно рассмотреть любые другие альтернативные источники энергии, существующие или только намечаемые: термоядерный синтез, энергию малых рек, биомассы, низкопотенциального тепла и т. д. Энергетика, основанная на любых источниках, не может быть экологически чистой, если масштаб производства энергии велик. Разумеется, экологическая опасность разных видов энергоносителей различна, но она есть всегда. Это не означает, что у возобновляемых источников энергии нет перспективы и их не следует развивать. Напротив, в связи с исчерпанием запасов дешёвой нефти роль альтернативной энергетики и её доля в топливно-энергетическом балансе будут постоянно возрастать, и сегодня необходимо вкладывать деньги в её развитие. Главное достоинство возобновляемых энергоносителей — практическое отсутствие эмиссии углекислого газа при их использовании. Несомненно и то, что альтернативная энергетика загрязняет природу меньше, чем углеводородная. Однако термины «возобновляемые источники энергии» и «экологически чистые источники энергии» отнюдь не синонимы.

Есть ещё одно крайне важное обстоятельство, которое обычно не принимают во внимание авторы учебных изданий и журналисты. Для оценки экологического ущерба, наносимого конкретным видом энергетики, совершенно недостаточно учитывать только чистоту энергоносителя. Необходимо брать в расчёт воздействие на среду сооружений, машин и устройств для отбора и передачи энергии, а также технологий производства соответствующих материалов и аппаратуры. Широкое использование любого нового вида энергии требует создания новой подотрасли промышленности, включающей добычу сырья, его переработку, изготовление оборудования, а затем утилизацию морально или физически устаревшего оборудования. Ясно, что новая подотрасль станет дополнительным источником загрязнения среды. Получается, что использование нового, пусть даже почти чистого энергоносителя влечёт за собой шлейф заведомо нечистых технологий. Назовём это положение для краткости правилом шлейфа.

• «Водород — экологически чистое топливо». «Водородная энергетика — дело ближайшего будущего».

До сих пор мы рассматривали так называемые первичные энергоносители, но есть ещё и вторичный энергоноситель — водород, при горении которого получается вода, что и обусловило широко распространённое представление о водороде как экологически чистом топливе. В действительности дело обстоит существенно сложнее. Сам по себе водород и в самом деле относительно чист в экологическом плане. Правда, следует учесть, что при использовании водорода в качестве горючего для автомобилей в цилиндрах двигателя развивается очень высокая температура, при которой начинает окисляться азот воздуха, и поэтому в выхлопе присутствует небольшое количество оксидов азота.

Основные же экологические проблемы возникают ещё при получении водорода — ведь водород в чистом виде на Земле отсутствует, его надо синтезировать из воды или углеводородов. Отсюда следует, что для реализации красивой и заманчивой идеи под названием «водородная энергетика» водород следует получить, т. е. затратить энергию. Причём получить его экономически оправданным способом, чтобы стоимость энергетического эквивалента этого энергоносителя была соизмерима со стоимостью традиционных энергоносителей и того энергоносителя, что использовали для производства водорода.

Первая и главная задача водородной энергетики декларируется как замена водородом нефти, природного газа и угля. Но на сегодняшний день мир не знает технологии, удовлетворяющей всем требованиям этой глобальной задачи. Все известные сегодня способы получения водорода далеки от совершенства: во-первых, они энергозатратны, во-вторых, получение водорода из углеводородов сопровождается выделением огромного количества диоксида углерода и других токсичных веществ. И если сейчас вклад углекислого газа в увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере ещё относительно невелик и вызывает только беспокойство, то переход на водородное топливо, которое будут получать, например, из метана, приведёт к увеличению выбросов углекислого газа в десятки раз.

Получение водорода электролизом воды с использованием традиционных источников энергии, естественно, приходится отвергнуть, поскольку в результате будет затрачено несколько больше энергии, чем получено при сжигании водорода. Поэтому ведутся интенсивные исследования по разработке материалов, расщепляющих воду под действием солнечного света. Параллельно проводятся работы, направленные на создание полупроводниковых фотоэлементов для превращения солнечной энергии в электричество, используемое далее для электролиза воды. Перспективы этих исследований пока неясны, но в случае их успеха речь пойдёт о создании новой отрасли промышленности со всеми вытекающими отсюда последствиями. Экологические проблемы в водородной энергетике возникнут и при разработке материалов для трубопроводного транспорта водорода — он взрывоопасен, обладает высокой диффузионной подвижностью (легко просачивается через обычные конструкционные материалы), значит, потребуются материалы и технологии нового поколения, которые вряд ли будут экологически чистыми.

Пока далека от решения и задача хранения водорода. Департамент энергетики США сформулировал требования к материалу, аккумулирующему водород: он должен содержать не менее 5,5% водорода по массе при комнатной температуре, процесс сорбции-десорбции водорода должен быть обратимым при температуре не выше 120 °С, система должна быть безопасной и сохранять рабочее состояние не менее чем в течение 5000 разряд-зарядных циклов. Сегодня нет ни одного материала, даже приблизительно отвечающего этим требованиям. Сорбенты, поглощение которыми водорода основано на физической адсорбции, не способны, в силу природы явления, приблизиться к этим требованиям, так как для них относительно высокое содержание адсорбата достижимо только при низкой температуре (77 К). Наоборот, для гидридов металлов и интерметаллидов при высоком содержании водорода требуются высокие же температуры для его выделения и связывания. Это не только усложняет технические решения при реализации задачи, но и резко повышает опасность использования системы в целом.

Опять-таки можно надеяться, что со временем задача хранения и аккумулирования водорода будет решена, но рассчитывать на полную экологическую безопасность разработанных промышленных технологий не приходится.

Научно-технические проблемы водородной энергетики, по-видимому, будут преодолены, хотя на это потребуется, по разным прогнозам, от 10 до 50 лет, но экологические трудности в любом случае останутся. Поэтому об экологической чистоте водородной энергетики говорить не приходится — водородная энергетика не является экологически чистой.

• «Электромобили— экологически чистый транспорт».

Ещё один чрезвычайно живучий миф связан с электромобилями: переход автомобильного транспорта на электрическую тягу якобы обеспечит чистоту атмосферы. Для начала попробуем разобраться, что произойдёт, если сегодня значительную часть автомобильных двигателей внутреннего сгорания заменить электромоторами. Как известно, электромоторы не дают никаких выбросов в атмосферу и к тому же имеют высокий КПД — выше 90%. К сожалению, в настоящее время единственный источник энергии для автомобильных электромоторов — аккумуляторы. Их надо постоянно заряжать и, следовательно, использовать энергию, вырабатываемую действующими электростанциями. Но примерно 80% электричества вырабатывают тепловые электростанции (табл. 1), использующие в качестве топлива нефть, газ или уголь — экологически грязные виды топлива. Значит, выбросы двигателей будут заменены примерно тем же объёмом выбросов электростанций, т. е. произойдет перенос экологических проблем из одного района в другой.

Однако главное препятствие на пути электрификации автотранспорта — аккумуляторы. Производство кислотных свинцовых и щелочных никель-кадмиевых источников тока — а их понадобится дополнительно десятки миллионов — приведёт к резкому увеличению производства этих высокотоксичных металлов. Необходимо будет наладить и систему утилизации старых аккумуляторов. Учитывая, что определённая (и немалая) часть водителей будут выбрасывать их в придорожную канаву, нетрудно представить себе масштабы экологического бедствия, которое обрушится на наши головы.

Таблица 1

12 3

Дата добавления: 2016-09-26; просмотров: 1153;