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
«Рождественская звезда» –  одно из лучших стихотворений Бориса Пастернака. Мария Вениаминовна Юдина, замечательная пианистка, входившая в круг близких друзей Пастернака, написала ему, что если бы он не создал ничего, кроме этого стихотворения, ему было бы обеспечено бессмертие на земле и на небе. *** Стояла зима. Дул ветер из степи. И холодно было Младенцу в вертепе На склоне холма. Его согревало дыханье вола. Домашние звери Стояли в пещере, Над яслям...
Подводим итоги уходящего года с Сергеем Вахриным, писателем, краеведом, президентом Камчатского регионального общественного фонда «Сохраним лососей вместе!», одной из самых успешных российских общественных экологических организаций. – 20  декабря  эколого - просветительский центр «Страна рыбы и рыбоедов» отметил свой день рождения - центру исполнилось два года.  Расскажи, пожалуйста, подробнее (от идеи до воплощения) о том...
Итоги 2019 года от сопредседателя российской экологической группы «Экозащита» Владимира Сливяка. Последняя неделя года – лучшее время, чтобы подвести итоги. Простите, но здесь не будет про протесты в Шиесе, потому что десятки (сотни) комментаторов напишут об этом и без меня. Здесь будет тройка важных событий, способных оказать большое влияние на политическую ситуацию в 2020 году. 1. Весной 2019 года «Экозащита!» и Команда-29 выиграли судебное дело в Кузбассе против...
Пожары в Сибири в 2019 году: почему власти были так беспомощны? Кто и как хайповал на этом бедствии? Почему федеральные каналы замалчивали проблему? Почему очаги возгорания не тушили сразу? Кто и почему решил, что тушить пожары экономически невыгодно? Почему красноярцы требовали отставку губернатора Красноярского края, а тот избегал СМИ? Вся правда о "черном небе" в Красноярске, о том как там выживают  люди с онкологией, почему в Сибири ТЭЦ работают на угле, а не на газе и о том,...
В адрес регионального отделения ОНФ в Москве обратились жители района Свиблово на северо-востоке Москвы. Москвичи обеспокоены массовой гибелью птиц на реке Яуза из-за сброса отходов в водоем на особо охраняемой природной территории. Жители неоднократно были свидетелями того, как на территорию государственного природного заказника «Долина реки Яуза» приезжают грузовые машины и сваливают горы строительного и бытового мусора неподалёку от водоема, детской площадки и прогулочной зоны, г...

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
1 год 20 недель назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Нужна ли России ГИС с информацией о состоянии и качестве поч...
Смотрели: 4,612 |

Проверить почву на соответствие гигиеническим нормативам ГН 2.1.7.2041-06 [Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почв...

1 год 34 недели назад
Дмитрий Мартынов
Дмитрий Мартынов аватар
Нужна ли России ГИС с информацией о состоянии и качестве поч...
Смотрели: 4,612 |

Инженерно-экологические изыскания (http://s-g-i.ru/ecologic...

6 лет 6 недель назад
Наталья Новоселова
Наталья Новоселова аватар
Нужна ли России ГИС с информацией о состоянии и качестве поч...
Смотрели: 4,612 |

Интересно. Вынесу в Новости на ГИС Лаб. 

23 недели 3 дня назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 188,747 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

3 года 36 недель назад
martaka maminov
martaka maminov аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 188,747 |

Обращайтесь, отличная компания http://www.ecocentrp.ru/about/...

размешен 15.01.20 | Тип: Новость

Москва.14.01.2020 - Black Star Burger заботится об окружающей среде. Теперь во всех ресторанах сети в Москве можно найти контейнеры для раздельного сбора мусора. Пластик, бумага и металл буд...

размешен 15.01.20 | Тип: Новость

Проводится прием заявок  на премию  за вклад в сохранение дикой природы России имени Лоры Вильямс...

размешен 10.01.20 | Тип: Новость

По инициативе Общероссийского народного фронта в Республике Мордовия ликвидировали несанкционированную свалку в селе Большая Елховка Лямбирского района.
Засоренный участок располагалс...

размешен 10.01.20 | Тип: Статью

Как системно объяснять колоссальные региональные отличия в нашей стране? Такие знакомые с института факторы, как экспорт сырья и мировые цены на него, качество управления и урове...

размешен 09.01.20 | Тип: Новость

Активисты Общероссийского народного фронта в Кировской области добились ликвидации нескольких свалок с бытовым и строительным мусором в лесном массиве микрорайона Ганино областного центра. Р...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал