КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Хартия экологических прав и обязанностей человека 7 страница
Человеческая деятельность не приводит к сохранению или накоплению полезных ископаемых. Так как сроки обеспеченности человечества минеральными ресурсами сравнительно невелики (отметим, что прогнозы в этой области неточны из-за совершенствования технологий, повышения степени утилизации отходов, разведки новых месторождений), в настоящее время обращается внимание на материалы, которые больше всего распространены в земной коре - кремний (27,72 %) и алюминий (8,13 %), или на возобновимые материалы (древесина и другие органические материалы), а также на наиболее поддающиеся рециклированию (алюминий и др.). Одновременно совершенствуется конструирование с целью снижения материалоемкости. Миниатюризация техники – этоодно из направлений ее экологизации. Видимо, проблема отказа от гигантизма в создании техники и технологий является многоплановой. Среди возможных преимуществ миниатюризации техники и технологий - резкое сокращение ущерба от аварий, снижение расходов при модернизации, конверсии, утилизации и рециклировании, большие перспективы экосовместимости, в том числе соответствия размеров техники размерам компонентов ландшафта и тела человека (следовательно, визуального и эстетического соответствия ландшафту), улучшения технологии утилизации отходов. Несколько странное для человека стремление к созданию гигантских объектов техники (небоскребы, огромные самолеты, корабли, гиганты - заводы, невероятных размеров ракеты и др.) мало объяснимо. Интересно, что в человеке, по-видимому, нет заложенного природой стремления к гигантизму во всем - от объектов техники до скоростей передвижения: известно, что при больших скоростях, при виде гигантских сооружений (например, летящего огромного самолета и др.) у человека "захватывает дух"; может быть, это и есть предусмотренная природой отрицательная реакция на гигантизм? (Здесь уместно вспомнить, что в сказках разных народов "страшные" действующие лица, чудовища практически всегда представляли собой увеличенные во много раз соразмерные человеку окружающие его предметы и животных - например, великанов, гигантских змей, птиц, пауков и др.). Таким образом, "гиганты" вызывали всегда страх или, по крайней мере, настороженность. Не является ли в таком случае миниатюризация естественным для человека переходом к "нестрашной" технике, соразмерной с живой природой? Известные экологи Одумы постоянно подчеркивают необходимость миниатюризации. Безотходные, энергосберегающие технологии. Любые экологичные технологии только условно могут быть названы безотходными, так как в действительности технологические процессы даже в природной среде дают небольшое количество отходов, постепенно накапливаемых на Земле в виде осадочных пород. Поэтому можно говорить о малоотходных технологиях, дающих незагрязняющие природную среду отходы в объеме, сопоставимом с объемом отходов в биосферных циклах. Согласно определению Европейской экономической комиссии ООН, "безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально - производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы - производство-потребление - вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования". Из смысла определения вытекает, что в безотходную технологию включается также и сфера потребления, что в производстве используются все компоненты сырья и не нарушается природная среда. В безотходном или малоотходном производствах устраняют как причину образования отходов (применяя новые безотходные технологии), так и следствие (используя образующиеся отходы как сырье для последующих производств). Таким образом, создают последовательно расположенные или даже замкнутые в круговой цикл производства. Такой же актуальной, как безотходность, является проблема энергоэкономичности производства: энергоэкономичность технологий и особенно - изделий массового использования (бытовые электроприборы, двигатели, электроника и др.). Проблема создания энергоэкономичных технологий и изделий исключительно интересна: при применении, например, энергоэкономичной бытовой техники и замене устаревшей техники в США станут ненужными к 2000 году 22 крупные электростанции. Японские специалисты подсчитали, что при замене устаревших технологий в сталеплавильном производстве в СНГ на современные энергосберегающие не понадобились бы почти все АЭС. В северном полушарии 40% энергии идет на отопление и горячее водоснабжение зданий, поэтому очень перспективно строительство энергосберегающих домов. Исследование проблемы безотходности и энергосбережения рекомендуется начинать с анализа потоков материалов и энергии, построения материального и энергетического баланса [3]. Составляя материальный и энергетический балансы для любого производства, можно установить его состав, концентрации, расходные характеристики на любой стадии и в любом месте производственного процесса: например, объемы и состав твердых отходов, концентрацию загрязнений в жидких стоках, количество попадающих в атмосферу сернистых соединений, объем продуктов очистки и др. Возможны следующие этапы составления материального баланса: построение технологической схемы с указанием всех известных потоков материалов и количественных параметров, определение области решения задачи (например, промежуток времени - 1 сутки, или масса поступающего на производство сырья -1т), определение сквозных компонентов (элементов, веществ, проходящих через производственную систему без изменений - вода, воздух, инертные твердые вещества и др.), определение границ системы; материальный и энергетический баланс производства или комплекса оценивается с точки зрения его влияния на окружающую среду, затем при необходимости используются методы промышленной химии, биохимии, разделения, комплексные многоступенчатые системы для обработки и очистки отходов. Уже сейчас разрабатываются и применяются новые технологии, позволяющие резко сократить выбросы вредных веществ: например, при производстве стали предложены новые методы прямого восстановления железа из руды, в которых исключаются промежуточные процессы, особенно сильно загрязняющие среду. Интересны разработки безотходных технологий, в основе которых находится анализ безотходных процессов в природе (уподобление отдельных производств популяциям, а их комплексов - биогеоценозам). Предлагается территориально объединять разнотипные, качественно различные производства, различно обрабатывающие сырье. При этом отходы одного производства служат сырьем для другого, создаются цепи производств, отходы в конце цепи минерализуются до уровня простых химических элементов или соединений, используемых как начальное сырье; внутри комплекса (биогеоценоза) создается подсистема предприятий, собирающих не успевшие утилизироваться или минерализоваться отходы. В реакторах этой подсистемы усредняются различные контрастные вначале отходы, из них создаются стабильные вещества, которые можно долго хранить. В глубинах земли захороняют неутилизируемые в настоящее время отходы для создания искусственных месторождений для возможного использования их в отдаленном будущем. К сожалению, все это – весьма упрощенные способы экологизации, исключительно далекие от углубленной экологизации будущего. Череповецкий химкомбинат "Аммофос" сбрасывает отходы в отстойник площадью 200 га и объемом 15 млн. т. Ежегодно дамба поднимается на 4м. Загрязнения из дымовой трубы высотой 250 м рассеиваются в радиусе до 75 км, высотой 100 м - до 20 км. Япония благодаря поощрению экологически чистых технологий и высоким штрафам на грязные производства вышла в число наиболее экологически чистых стран мира. В ФРГ к 2000 году в экоиндустрии будет работать 1 млн. чел. (совершенствование техники уменьшения выбросов и загрязнений, мониторинг, здоровье населения, посадка лесов и др.). Экологичные биотехнологии. Согласно определению [70], биотехнологией считается совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью биологических агентов. Биотехнологии - это совместное использование биохимии, микробиологии и химических технологий для промышленного применения полезных качеств микроорганизмов. Экологичные биотехнологии - это использование биотехнологий для цели защиты окружающей среды (очистка сточных вод, твердых отходов, почвы, биодеградация отходов, бактериальное выщелачивание минерального сырья, решение ряда проблем в сельском хозяйстве, и др.). В более широком смысле биотехнологии - это промышленные технологии с использованием природных агентов, принципов, приемов, то - есть природоподобные технологии. Согласно одному из принципов биопозитивности, природоподобные биотехнологии должны стать технологиями будущего. Ввиду того, что в биотехнологии входят, как частные случаи некоторые новые технологии, которые могут быть опасны для человека и природы (генная, клеточная и экологическая инженерия, инженерная биология), экологичные биотехнологии при их создании должны удовлетворять соответствующим принципам биопозитивности. Широко ведутся исследования и разработки по применению микроорганизмов в самых различных отраслях техники: создание биомолекулярного компьютера (ячейки памяти и логические элементы на основе веществ бактерий позволят достичь плотности упаковки до миллиарда элементов на 1 кв. см.); штаммы бактерий уничтожают синтетические химикаты; бактерии очищают сточные воды от ртути; культивирование бактерий для промышленного получения целлюлозы дает возможность существенно удешевить производство бумаги, тканей, ряда медикаментов; бактерии очищают грунтовые воды от нитратов; с помощью микроорганизмов, нагревающих воду при ферментации в резервуаре с соломой и опилками, растапливают снег путем поступления тепла через трубы, проложенные под тротуаром, и др. Некоторые достижения в области создания экологичных технологий весьма показательны: например, во Франции доказана возможность сращивания костей при переломах, при лечении парадонтоза с помощью пасты из устричного перламутра. Перламутр, размолотый в порошок и смешанный с костными клетками, наносится на кости и позволяет срастить их с прочностью, сравнимой с прочностью кости. При этом не происходит отторжения сращиваемого материала организмом. Одним из интересных направлений биотехнологии с использованием природоподобия является бактериальное выщелачивание минерального сырья, позволяющее с помощью микроорганизмов создавать новые экономичные и незагрязняющие методы гидрометаллургической переработки относительно бедных руд, концентратов и даже отвалов горнодобывающей промышленности. Микроорганизмы играли очень важную роль в процессе распределения химических элементов в литосфере. Особенно активна роль микроорганизмов в распределении тех элементов, которые необходимы для поддержания метаболизма у большинства микроорганизмов и являются обычными компонентами сложных биологических реакций, а именно - железа и серы. Железо и сера могут окисляться и восстанавливаться различными микроорганизмами, которые таким путем получают энергию для роста. Сейчас микроорганизмы уже исследуются или используются для получения следующих металлов из минералов: получение железа из пирита, марказита, пирротита, большинства сульфидных рудных тел (добывается также сера); медь - из халькопирита, халькоцита, борнита, овеллита; цинк, кадмий - из сфалерита; никель - из миллерита, пентландита; кобальт - из карролита; молибден - из молибденита; свинец, серебро - из галенита; серебро - из аргентита; мышьяк - из арсенопирита. Для получения металлов могут быть использованы бедные руды или отвалы [70]. Интересно, что обнаружено избирательное взаимодействие минералов и специализированных на данный минерал бактерий ("металлофильность" микроорганизмов). Из бедных руд и даже из сточных вод с помощью микроорганизмов могут быть извлечены марганец, медь, уран, золото. Достоинствами бактериального выщелачивания являются также отсутствие высоких рабочих давлений и температур, легкая нейтрализация образующихся жидких стоков и отсутствие вредных газообразных продуктов, возможность проведения процесса in situ. Эти методы получают все большее распространение: так, в США около 15 % меди извлекают с помощью выщелачивания отвалов. Штаммы углеводородоокисляющих бактерий можно использовать для удаления нефтяных загрязнений воды или почвы. Белая плесень успешно разлагает трудноразлагаемый лигнин (побочный продукт производства бумаги), разрушает ДДТ и отбеливает бумажную пульпу. Экобиотехнологии широко исследуют и применяют для аэробной и анаэробной очистки сточных вод [4, 70]. Для экологизации технологий предпочтительнее аэробная очистка, когда микроорганизмы используют растворенный в сточных водах кислород и при которой применяют гомогенные реакторы с активным илом (микрофлора с множеством бактерий, деградирующих загрязнения), и реакторы с неподвижной биопленкой - биомассой с большой удельной поверхностью. При анаэробной очистке микроорганизмы не имеют доступа к кислороду, и используется сбраживание ила. Несмотря на меньшую скорость очистки, анаэробные процессы имеют и некоторые преимущества: при них образуется меньшее количество ила, чем при аэробной очистке, и дополнительно образуется метан, который можно использовать как топливо. Кроме того, меньше затраты энергии на процесс очистки. Процесс очистки может быть периодическим или непрерывным. Нет сомнения, что переход к экологичным технологиям будет очень медленным, постепенным: видимо, вначале, на 1 этапе возможно сокращение выбрасываемых загрязнений, рециклирование, сокращение энергопотребления; 2 этап - полная замкнутость технологических циклов и достижение объема незагрязняющих отходов, равного природному, применение безотходных энергосберегающих технологий; 3 этап-использование только возобновимых ресурсов (в том числе энергии), применение экологичных природоподобных биотехнологий, вплоть до перехода к промышленному фотосинтезу. Штаммы углеводородоокисляющих бактерий можно использовать для удаления нефтяных загрязнений воды или почвы. Белая плесень успешно разлагает трудноразлагаемый лигнин (побочный продукт производства бумаги), разрушает ДДТ и отбеливает бумажную пульпу. Экологичность энергокомплекса. Проблемы энергетики состоят не только в исчерпаемости большинства современных ресурсов (сейчас доля в общемировой выработке первичной энергии нефти - 37 %, угля - 27 %, газа -18 %, дров и другого биотоплива -15 %, ГЭС и АЭС - 3 %), но и в ограниченности получаемой энергии по тепловому лимиту биосферы. Этот лимит близок к 140 -150 х 1012 Вт, причем нужно учитывать также разницу между охлаждающим и отепляющим антропогенными воздействиями, составляющую около 40...50 х 1012 Вт. Поэтому будущая энергетика должна быть недобавляющей (то - есть не добавлять тепла в атмосферу сверх установленного предела), а также - биопозитивной (использовать для производства энергии только возобновимые ресурсы, применять для производства энергии близкие к природным технологии, выбрасывать в окружающую среду перерабатываемые ею загрязнения в объеме, близком к природному, и др.). В то же время и при использовании возобновимых источников энергии нужно учитывать, что нет абсолютно безопасных и экологически чистых источников. Обе проблемы - исчерпаемости большинства современных энергоресурсов и недобавления тепла - чрезвычайно сложны для решения и одновременно очень актуальны. К ним добавляется еще одна нерешенная проблема, возникшая недавно как следствие роста цены энергоносителей и их исчерпаемости: это - экономия энергии и энергоносителей. Экономия достигается проектированием энергоэкономичных объектов техники и технологий, созданием новых технологий получения энергии. Перспективы использования известных энергоресурсов приведены в табл. 7.2.[48]. Таблица 7.2.
Из таблицы следует вывод о наличии достаточной напряженности в использовании традиционных энергоресурсов и их скорой исчерпаемости, а также о необходимости переориентации на новое ресурсосберегающее и ресурсовоспроизводящее мышление, которое позволит в дальнейшем сберегать ресурсы для будущих поколений (можно сопоставить эти выводы с предложениями в концепции «инвайронментального пространства»). Для анализа экологичности энергокомплекса интересно сопоставление природных и технических принципов производства и потребления энергии (табл. 7.3.). Таблица 7.3. Природные и технические принципы в энергетике
На основе использования принципов биопозитивности, основных направлений совершенствования сложившегося энергокомплекса, анализа состояния энергоресурсов можно предположить направления постепенного создания экологичной, биопозитивной энергетики (табл. 7.4). По-видимому, будет наблюдаться существенное энергосбережение в новых приборах, установках и технологиях, разумное использование недобавляющих альтернативных источников, миниатюризация энергоустановок, применение другого более экологичного и широко представленного на Земле топлива, а также, возможно, и нового ранее неизвестного источника энергии. Среди перспективных источников - электрохимические элементы. Таблица 7.4. Биопозитивная городская энергетика
Топливные элементы - это устройства, в которых происходит непосредственное превращение химической формы энергии в электричество. В качестве топлива может быть использован газ (водород, генераторный газ, насыщенные углеводороды и др.), в качестве окислителя - кислород, хлор. В топливных элементах используются пористые электроды, контактирующие с горючим и окислителем. Проникающий в поры электродов газ становится электрохимически активным и переходит в электролит в виде ионов. Электрод, соприкасающийся с горючим, приобретает отрицательный заряд, а электрод, контактирующий с окисляющим газом - положительный. Весьма перспективно использование принципов создания света в живых организмах: в светящихся органах светляков, морских животных, бактерий свет выделяется при почти полном превращении энергии химических соединений в кванты света. В основе этого "холодного" света - химические реакции с участием вещества люциферина, которое под влиянием фермента люциферазы разлагается, что вызывает испускание квантов света. К. Эрвин, изобретатель из США, создал ботинки с внутренним обогревом от пьезокристаллов, вмонтированных в подошву и изгибающихся при ходьбе с выработкой электроэнергии. Наконец, бионические принципы целесообразны при накоплении энергии. В живых организмах преобразование энергии сопряжено с биохимическими реакциями, среди которых наибольшую роль играют реакции окисления и восстановления. Накопление энергии предполагает наличие особых высокомолекулярных структур в виде мембран клетки с функциями разделения сильноокисленных от восстановленных веществ, создания местных градиентов электропотенциалов, локального повышения концентрации водородных ионов и др. Энергосбережение. Ограниченность запасов традиционных энергоносителей, огромные потери энергии при ее производстве, транспортировании и использовании, неэкономичность энергопотребления привели к идее энергосбережения. Уже получены впечатляющие результаты за счет применения новых технологий во многих отраслях хозяйства - от металлургии и до бытовой техники. Среди последних разработок, например, новые стандарты на энергоэкономичную бытовую технику в США, применение которой в быту сделает ненужными 22 крупные электростанции; создание нового стирального порошка, активно действующего в воде комнатной температуры; использование новых компактных ламп дневного света с 4 -кратным снижением энергопотребления по сравнению с лампами накаливания; достижение экономичности работы двигателей автомобилей за счет использования бортового компьютера, и др. Учитывая, что около 40% энергии в промышленно развитых странах уходит на снабжение жилых домов, особенно актуальна идея создания массовых энергосберегающих зданий. Энергосберегающие здания сейчас конструируют с учетом следующих новых решений: -Архитектурно - планировочные решения, исключающие сквозное проветривание, резко сокращающие кратность воздухообмена, повышающие нагрев южной стены и снижающие охлаждение с северной стороны, позволяющие использовать пассивный солнечный нагрев и др. -Строительные изделия, снижающие теплопотери через наружные стены и проемы: энергоэкономичные стены, окна, двери, форточки, жалюзи, кровельное покрытие. -Решения вентиляции, позволяющие утилизировать все тепло выбрасываемого воздуха. -Тепловые насосы, утилизирующие все тепловыделения приборов в здании. -Автоматическое поддержание минимально необходимой температуры в помещениях и автоматическое включение и выключение освещения. Очень большим источником экономии энергии является модернизация технологий. В Японии за 10 лет энергоемкость производства сократилась более чем в 2 раза. Создана бытовая аппаратура с сокращенным в 2 раза энергопотреблением. Контактные лампы дневного света, выпускаемые во многих странах, требуют в 4 раза меньше электроэнергии, чем лампы накаливания: двадцатипятиваттная лампа светит как стоваттная, а время работы больше в 5-10 раз. Возобновляемые источники энергии. К ним относят все природные постоянно возобновимые ("альтернативные") источники: гелиоэнергетика (тепло и электричество), ветроэнергетика, биоэнергетика (биогаз, биосинтез водорода, получение жидкого биотоплива - этанола и др., тепло мусоросжигания и др.), гидро - и геоэнергетика, в том числе и миниатюрные ГЭС, и др. К альтернативным относят также источники вторичной энергетики (использующей сбросное тепло), энергетику на основе использования разности температур, космическую энергетику. Солнечная энергия - один из самых доступных источников, но ее плотность низка, а излучение - прерывисто и зависит от метеорологических условий. Ее можно использовать для непосредственного преобразования в электрическую с помощью солнечных батарей, для нагрева теплоносителя и преобразования его энергии в электрическую, для нагрева теплоносителя и снабжения горячей водой, для нагрева массивных конструктивных элементов зданий, а также в качестве источника энергии для получения других видов возобновимой энергии - биоэнергетических установок, тепловых насосов. Ветровая энергия также относится к энергии низкой плотности, поэтому требуются значительные площади для ее выработки. Ветер как носитель кинетической и тепловой энергии направлен в сторону понижения атмосферного давления, причем на формирование ветровых потоков существенное влияние оказывают местные факторы - рельеф, водоемы, лес и др. Энергия ветра зависит от солнечной энергии, часть которой преобразуется в ветровую. Ветровая энергия при ее очень большом потенциале (около 40 ТВт при современном полном энергопотреблении около 10 ТВт) распределена по поверхности Земли крайне неравномерно: имеются сравнительно устойчивые и меняющиеся потоки. Благоприятной для использования является скорость ветра 3...10 м/сек при повторяемости около 60...90 %. Ветровую энергию преобразуют в электрическую, механическую, тепловую с помощью ветроагрегатов, основным рабочим органом которых является ветроколесо с горизонтальной или вертикальной осью вращения. Имеется большое число вариантов ветроколес, хотя в практике нашли наибольшее применение агрегаты пропеллерного типа с 3 лопастями. Гидро- и геотермальная энергии также относятся к низкопотенциальным источникам, но они имеют слабое сезонное и суточное колебания температуры и энтальпии. В первую очередь это-энергия геотермальных вод, залегающих на сравнительно небольшой глубине в ряде регионов Земли - в Исландии, США (Калифорния), Японии, России (Камчатка). Скважины в этих регионах дают водяной пар с температурой 200...400 0С, используемый для получения электроэнергии, и пароводяную смесь с температурой 100...120 0С для применения в системе теплоснабжения. Другой способ использования тепла недр - бурение глубоких скважин, достигающих пород с высокой температурой, и отбор этого тепла с помощью воды - теплоносителя. Применяется и использование теплоэнергоресурсов верхнего слоя грунта вблизи зданий, причем подбирается грунт, способный аккумулировать тепло в летнее время на глубине до 3 м (учитывается геологическое строение пород, водосодержание, теплоемкость и теплопроводность, сезонные изменения температуры грунта, экологически безвредное количество извлекаемого тепла.
Дата добавления: 2015-07-13; Просмотров: 415; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |