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
Викинги – средневековые скандинавские мореходы и землепроходцы.           Фритьоф Ведель – Ярлсберг Нансен (1861-1930) родился в Норвегии – стране викингов и великолепной дикой природы – горных массивов с ледниками и лесными межгорными долинами, живописных узких морских заливов-фьордов со скалистыми берегами Северного, Норвежского и Баренцева морей. С детских лет природа была объектом внимания и восхищения Нансена. «Страстное стремление к...
25 мая 1994 года в Новгородской области образован Рдейский государственный природный заповедник. Вышел первый в мире сборник рассказов, написанный в соавторстве писателя и нейросети. В условиях, когда мировой рынок отказывается от российских сырьевых ресурсов, власти задумались о балансе сырьевых ресурсов и необходимости сворачивания деятельности некоторых отраслей.  Эти и другие темы в новом выпуске Обзора эконовостей Международного Социально - экологического союза от Света Забел...
90 лет назад, 16 апреля 1932 года окончательно утверждены границы Алтайского государственного заповедника. Глобальная мобилизации дала людям по всему миру возможность высказаться о необходимости криминализации экоцида на международном уровне для борьбы с климатическим кризисом и экологическим коллапсом. Водяной олень, один из самых редких видов в России, начал масштабную миграцию в Приморский край из Китая и КНДР. Эти и другие темы в новом выпуске Обзора эконовостей Международного Социаль...
26 апреля 2016 года создан Чернобыльский радиационно-экологический биосферный заповедник. Запущена Международная народная платформа за климатическую справедливость. Перестроить менталитет Росприроднадзора на профилактическую работу обещает глава Службы.  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 Ро...
14 мая мир отмечает Всемирный день перелетных птиц. Планируемые инвестирования в крупные разработки нефтегазовой отрасли — это новые “углеродные бомбы”, они мало повлияют на нынешний энергетический кризис и резкий рост цен на топливо, но приведут к опустошению планеты. Аккумулятор-аквариум на основе сине-зеленых водорослей, для работы которого нужны только свет и вода, позволиляет беспрерывно заряжать микропроцессор в течение года. Эти и другие темы в новом выпуске Обзора...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
4 часа 26 минут назад
MichaelAmuttTN MichaelAmuttTN
MichaelAmuttTN MichaelAmuttTN аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 71,401 |

порно мир Только самое лучшее порно онлайн

24 недели 5 дней назад
YВMIV YВMIV
YВMIV YВMIV аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 71,401 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

26 недель 6 дней назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 71,401 |

Thank you, your site is very useful!

27 недель 19 часов назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 71,401 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

1 год 3 недели назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 71,401 |

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

размешен 27.05.22 | Тип: Статью

Dear friends and co-fighters!

...
размешен 26.05.22 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

 

...
размешен 26.05.22 | Тип: Статью

115 лет назад, 27 мая 1907 года родилась Рейчел Карсон благодаря которой и возникла экология, книга которой заставила США и другие страны ограничить использование пестицида DDT....

размешен 26.05.22 | Тип: Статью

40 лет назад 26 мая 1982 года на востоке Латвии был образован природный резерват Тейчи.

Самая южная и самая уязвимая популяция гренландского кита...

размешен 26.05.22 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал