Задачник по физике для эколога

Иван Михайлов

По мере того, как природа превращается в малоприятную "окружающую среду", широкая публика начинает всё больше интересоваться экологией. Соответственно растет и количество разнообразных "прописных истин", которые повторяются снова и снова без малейших попыток их проверить. Некоторые из таких истин и представлены здесь в виде маленьких задачек по физике.

Солнечная батарея

Оценить объемы вредных веществ, сбрасываемых в атмосферу и в сточные воды электростанцией на солнечных батареях мощностью 100 МВт.

Ответ: Как же так? Какие вредные вещества? Оказывается, что такая электростанция окажется не менее грязным производством, как и угольная ТЭС.

Срок жизни кремниевой пластины ограничен. Предположим, что каждую из секций этой батареи потребуется менять раз в 10 лет. Даже если разместить станцию в тропиках, ее площадь будет равна как минимум 130 000 м2. При толщине пластины всего лишь в 0.5 мм, это 65 м3 полупроводникового кремния, или 6.5 м3новых пластин в год. Если этот объем не кажется большим, посмотрите в лупу на кристалл в центре любой микросхемы, и представьте, сколько сотен миллионов таких кристаллов уместится хотя бы в одном кубометре. Производство такого объема чистого кремния потребует захоронения тысяч кубометров токсичных отходов; производства необходимых химикатов тоже нельзя назвать чистыми. Кроме того, пластины необходимо размещать на подложке из полированного стекла или специальной керамики и закрывать стеклом, а каркас для размещения панелей по металлоемкости сравним с теплицей той же площади.

Гелиоколлектор на крыше дома

Крыша дома покрыта гелиоколлектором (солнечным водонагревателем), площадь которого равна 100 м2. Усредненная эффективная мощность гелиоколлектора составляет 0.15 КВт/м2. Оценить экономический эффект от установки этого коллектора, если в доме установлен электрический водонагреватель, и розничная цена электроэнергии составляет 20 центов КВт/час.

Ответ: Приближенный ответ - 100 м* 0.15 КВт/м2 * 0.2 $ КВт/час = $3 в час - на практике абсолютно бесполезен, поскольку может на порядок отличаться от реального значения. С одной стороны, если мощность коллектора избыточна, то в солнечный день до 95% его мощности будет израсходовано впустую (например, семье из 3-х человек хватит и 5-7 м2 коллектора). С другой стороны, при слабой теплоизоляции крыши, обычной для жарких стран, гелиоколлектор уменьшает расходы на кондиционирование воздуха в доме, поскольку он затеняет крышу. Это может быть существенным, поскольку стоимость охлаждения кубометра воздуха на 1°C может быть в 5-9 раз больше стоимости его нагрева на тот же 1°C.

Электромобиль

Предположим, что изобретен почти невесомый аккумулятор, способный вернуть при разряде 70% энергии, затраченной на зарядку. Вырастет ли количество углекислого газа при замене обычных автомобилей электромобилями с такими аккумуляторами?

Ответ: да. КПД бензинового двигателя колеблется от 40 до 50 %. КПД типичной ТЭС можно принять равным 60%, КПД стационарного зарядного устройства - 85%, КПД электродвигателя - 90%. Таким образом, для электромобиля итоговый КПД составит 53%. На первый взгляд, это больше, чем 40-50%, следовательно, топлива будет затрачено меньше, и выбросы незначительно, но снизятся. На самом же деле, бензин состоит из более легких углеводородов, чем, скажем, топочный мазут, поэтому при сгорании бензина образуется больше водяного пара и меньше CO2, чем при сгорании мазута. Таким образом, массовое внедрение электромобилей не решает проблем с загрязнением воздуха даже при использовании идеальных аккумуляторов. Куда выгоднее перевод автомобилей на газ: например, метан при горении дает водяного пара в два раза больше, чем углекислого газа.

Бдительный читатель заметит, что электромобиль в принципе может заряжать батареи при торможении, используя ходовые электродвигатели в качестве генераторов. Может, но зарядка аккумулятора требует аккуратности и длится часами, а тормозит автомобиль считанные секунды. Более перспективным представляется установка "тормозных электрогенераторов" на обычные автомобили; вырабатываемая при торможении электроэнергия должна расходоваться на электролиз воды, а образующиеся при этом кислород и водород должны подаваться в цилиндры двигателя вместе с воздухом и бензином.

Комментарий специалиста

Игорь Огородников:

Все вышесказанное - для настоящего времени правда, если рассматривать не только само получение энергии, например, от батареи, а весь цикл от получения, переработки сырья, изготовления самих систем до последующей утилизации отработавших свой срок солнечных систем, с учетом эффективности этих систем с точки зрения среднего энергопотребления и способов потребления энергии.

С другой стороны, для справедливости надо отметить, что эффективность таких систем растет, начинают применяться мини- и микротехнологии, сокращаются исходные затраты энергии, снижается "вредность" этих технологий. В качестве примера можно привести технологию получения пленок из аморфного кремния, который наносится на металлическую подложку молекулярным пучком. Эта технология приходит на смену технологии выращивания кристаллов в сложном химическом производстве с большим количеством токсичных отходов. Надо отметить, что это производство тоже не безвредно, но на порядок менее вредно, чем производство выращивания кристаллов.

Еще одним важным свойством альтернативной энергетики является возможность индивидуального использования, а следовательно и сокращение коммуникаций. Кроме этого, альтернативная энергетика стимулирует повышение энергоэффективности различных приборов, жилых и производственных зданий.

Комментарии материала:

Разместить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии
В июле участники эколого-краеведческого кружка «Я – исследователь!» совместно со специалистом КГБУ «Алтайприрода» Иляхиным Юрием Николаевичем посетили памятники природы «Тавдинские пещеры» и «Грот Ихтиандра» с целью изучения видов, занесённых в Красную книгу Алтайского края. Прибыв на место ребята дружной компанией стали подниматься в Тавдинские пещеры. Вблизи пещеры под названием «Ноздри Дракона» была обнаружена большая популяц...
17 июня 2005 года создан государственный природный парк Кара-Буура. В Ростовской области начнут сохранять и развивать лесополосы. Богатая природа Сибири уникальна в своем разнообразии, но все чаще темой для обсуждения становятся экологические проблемы этих мест. Эти и другие темы в новом выпуске Обзора эконовостей Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и интересное, что произо...
8 июня 2021 года состоялась Международная онлайн конференция «Признать ценность природных экосистем как основы для сохранения климата и устойчивого развития». Конференция была проведена по инициативе партнерства общественных объединений: Международный Социально-Экологический Союз, Глобальная лесная коалиция, Сеть по изменению климата и Экологическое Движение «БИОМ». Научный дискурс, инициированный Международным Социально-Экологическим Союзом и учеными Кыргызстана, Ро...
Всю весну учащиеся Троицких школ в Алтайском крае активно наблюдали за тем, как просыпается природа. Дети принимали участие в краевом исследовательском фенологическом конкурсе «Весенняя волна», организаторами которого являются Алтайская краевая программа «Усынови заказник», клуб «AltaiNature», Тигирекский заповедник и национальный парк «Салаир». -Цель данного конкурса – пробуждение у школьников интереса к изучению живой природы и ее проблемам...
10 июля 1957 года создан Матсалуский национальный парк. Засуха в Казахстане стала причиной гибели не только скота, но и людей. Бум гидроразрыва в Мексиканском заливе представляет серьезную угрозу для здоровья человека и дикой природы. Эти и другие темы в новом выпуске Обзора эконовостей Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и интересное, что произошло в России и мире на текущ...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
12 недель 5 дней назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 5,585 |

Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/

13 недель 1 день назад
andrejpireswolski@gazeta.pl...
andrejpireswolski@gazeta.pl andrejpireswolski@gazeta.pl аватар
Бутырский район

Смотрели: 8,446 |

Como se llamo esto i am from SPAIN

2 года 32 недели назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 8,446 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

Щапово (Александрово) — посёлок в Троицком административном округе Москвы (до 1...

2 года 32 недели назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 8,446 |

Проверить качество воды в Бутырском районе Москвы можно в независимой лаборатории...

1 год 51 неделя назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 224,984 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

размешен 01.08.21 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 01.08.21 | Тип: Статью

2 августа 1996 года  создан Государственный природный парк «Кара-Шоро». Более 1000 землевладельцев в Восточной Англии принимают участие в амбициозном проекте по...

размешен 31.07.21 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 31.07.21 | Тип: Статью

30 июля 1923 года был создан Каневский природный заповедник. Пандемию COVID-19, которая по сей день является...

размешен 30.07.21 | Тип: Событие

Экопросветителей научат отвечать на скептические вопросы

Сообщество «Экология» на Яндекс.Кью запускает курс для экопросветителей...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал