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
105 лет назад, 23 августа 1917 года родился Никита Николаевич Моисеев, великий русский ученый,  выдающийся математик, глубокий мыслитель, оказавший огромное влияние на науку, на общественное мнение, на международную политику. Каждый новый год, приближающий нас к кризису, подтверждает мудрость его прозрений. АЛЬТЕРНАТИВЫ ГРЯДУЩЕГО. 1998. Может быть, такого хаоса и уровня непредсказуемости как теперь, планета еще никогда и не знала! Раньше можно было гадать о судь­бе, в лучшем...
Клуб «Бумеранг» в пятый раз провел для любителей природы всех возрастов праздник «Ночь китов», посвященный Всемирному дню морей. Мероприятие было организовано при поддержке Международного консорциума «Сахалин-1», городского парка Южно-Сахалинска и сахалинского поисково-спасательного отряда им. В.А. Полякова Главного управления МЧС России по Сахалинской области. Для гостей праздника волонтёры и партнёры Клуба «Бумеранг» организовали 14 тематических...
У многих из нас одни черты характера остаются неизменными на протяжении всей жизни, а другие меняются лишь постепенно. Однако данные показывают, что важные события в нашей личной жизни, которые вызывают сильный стресс или травму, могут быть связаны с более быстрыми изменениями в нашей личности. Новое исследование , опубликованное в PLOS ONE, предполагает, что пандемия COVID действительно вызвала гораздо большие сдвиги в личности, чем мы ожидали. В час...
16 августа в Академгородке состоялся пикет против планов мэрии отдать часть Нижней зоны научного центра под массовую застройку. Активисты вытупают против планируемой властями реализации проекта комплексного развития территории Нижней зоны Академгородка, предполагающего строительство многоэтажек высотностью до 17 и более этажей на месте 32 двухэтажек и увеличение на треть числа жителей Нижней зоны Академгородка. Пикет проходил на территории бывшего рынка Нижней зоны Академгородка, где власт...
Каждый год около 13 миллионов человек по всему миру наблюдают за китами, восхищаясь видом самых больших животных, когда-либо населявших Землю. Это резко отличается от ситуации столетней давности, когда мало кто видел живого кита. Киты все еще восстанавливаются после массовой охоты в промышленных масштабах, которая почти уничтожила несколько видов в 20-м веке.  История китобойного промысла показывает, как люди совершают ошибки, но также и то, как они могут изменить к...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
43 недели 2 дня назад
YВMIV YВMIV
YВMIV YВMIV аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,829 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

45 недель 3 дня назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,829 |

Thank you, your site is very useful!

45 недель 4 дня назад
Гость
Гость аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,829 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

1 год 21 неделя назад
Евгений Емельянов
Евгений Емельянов аватар
Ядовитая река Белая

Смотрели: 243,829 |

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

45 недель 4 дня назад
Гость
Гость аватар
Ситуация с эко-форумами в Бразилии

Смотрели: 3,236 |

Спасибо, ваш сайт очень полезный!

размешен 04.10.22 | Тип: Новость

Вести сообщества Хранителей Природных Территорий

90 лет - «Хаза́рский гос...

размешен 04.10.22 | Тип: Новость

Главные экологические новости на текущий день в новом выпуске Обзора Международного Социально - экологическо...

размешен 03.10.22 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 03.10.22 | Тип: Статью

У многих из нас одни черты характера остаются неизменными на протяжении всей жизни, а другие ...

размешен 03.10.22 | Тип: Новость

Вести сообщества Хранителей Природных Территорий

 

...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал