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
Представители российских движений и организаций опубликовали совместное заявление в связи с возобновлением импорта в Россию урановых «хвостов» (побочного продукта обогащения урана при производстве топлива для атомных электростанций) из Германии. Экоактивисты требуют немедленно прекратить импорт в Россию этих радиоактивных и токсичных отходов. Поводом для подготовки заявления стала  информация о том, что западноевропейская компания Urenco в 2019 году возобновила транспортировки в...
Московские активисты ОНФ на Эколого-просветительском фестивале «VI Московская экорезиденция волонтеров и городских активистов» предложили создать систему подготовки общественных экоинспекторов на базе эко-центров ГПБУ «Мосприроды». Подобная практика повысит уровень компетенции этих специалистов и их дальнейший статус. В тоже время московские активисты Народного фронта предложили учесть на этих курсах опыт программы подготовки общественных инспекторов, разработанный Учебны...
Сложившаяся в России система принятия решений в области охраны окружающей  среды  нестабильна,  подвержена  персонифицированному  влиянию, крайне чувствительна к экономическим интересам крупных природопользователей и становится все менее восприимчива к логическим и правовым аргументам.  Принятые формальные решения выполняются плохо, однако при наличии сиюминутных экономических или политических интересов природоохранное законодательство может быть совершенно необосно...
Моя планета - Алтай! Так называется наш новый экологический проект, по которому мы начали работать ещё весной. Почему такое название? Потому что Алтай, действительно, как отдельная планета. Хоть и маленькая в сравнении с Землей, но привлекающая к себе сотни и сотни тысяч туристов, путешественников, учёных и людей, желающих просто отдохнуть на природе. Природа Алтая очень разнообразна. Это и степи, и ленточные боры, и горы, возвышенности и предгорья. Много ценных природных объектов есть на нашей...
Работая в этом сезоне по проекту «Моя планета – Алтай!» мы не только создавали запланированные памятники природы, но и занимались поисками новых интересных и ценных природных объектов, которые в будущем могли бы тоже стать памятниками природы. В Кытмановском и Целинном районе заприметили пару таких мест, но кто бы мог подумать, что рядом с нашим селом Зудилово можно тоже найти что-то интересное и уникальное! А ведь есть такой объект и имя ему - озеро Клюквенное. А началась э...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Интересные ссылки

Коллекция экологических ссылок

«Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем востоке России». Сервис работает на основе технологии «Геомиксер», разработанной в ИТЦ «СКАНЭКС»

«Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем востоке России». Сервис работает на основе технологии «Геомиксер», разработанной в ИТЦ «СКАНЭКС»

Активность на сайте

сортировать по иконкам
3 дня 15 часов назад
zawadzju@yandex.com zawadzj...
zawadzju@yandex.com zawadzju@yandex.com аватар
Бутырский район

Смотрели: 5,239 |

XXX Videos Porn XXX
Porn XXX Video Sex Porn Videos.
Sex XXX Sex Movies Porn Movie.
Watch now the best free porn!!
Po...

3 дня 15 часов назад
zawadzju@yandex.com zawadzj...
zawadzju@yandex.com zawadzju@yandex.com аватар
Бутырский район

Смотрели: 5,239 |

XXX Videos Porn XXX
Porn XXX Video Sex Porn Videos.
Sex XXX Sex Movies Porn Movie.
Watch now the best free porn!!
Po...

50 недель 5 дней назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 5,239 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

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

50 недель 5 дней назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 5,239 |

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

5 лет 51 неделя назад
Наталья Новоселова
Наталья Новоселова аватар
Идеи о новом возможном разделе на портале "Страницы про...
Смотрели: 6,723 |

И в дополнении еще мысли по поводу "общей концепции"  этой идеи

 В сети существует много бесплатных конструкторов...

размешен 06.12.19 | Тип: Статью

Работая в этом сезоне по проекту «Моя планета – Алтай!» мы не только создавали запланированные памятники природы, но и занимались поисками новых интересных и це...

размешен 04.12.19 | Тип: Статью

Последний субботний день ноября пролетел на одном дыхании: на базе биологического факультета в АлтГУ научно-популярная сессия профессиональных ученых и гражданской науки получилась, как праз...

размешен 25.11.19 | Тип: Статью

В течение нескольких лет участники эколого-краеведческого кружка «Я – исследователь!», организованного в МБОУ АСО...

размешен 23.11.19 | Тип: Статью

Как правило, благоустройство у нас подчинено идеологии жесткого индустриального урбанизма в стиле «стекло и бетон». Строятся дорожки, скамейки, фонарик...

размешен 21.11.19 | Тип: Статью

Переосмыслив, сделанные в прошлом экологически неоправданные градостроительные решения, голландский Утрехт стремится  максимально вернуть дикую природу в свой город....

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал