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
Торжественные мероприятия в честь Международного дня Черного моря проходят ежегодно 31 октября. У берегов Франции идёт тестирование инновационной системы, которая будет извлекать энергию из морских подводных течений. Личинка большой восковой огневки, являющейся родственницей моли, научилась перерабатывать полимеры и может есть пластиковые пакеты. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окруж...
4 октября празднуется Всемирный день защиты животных. Английские домовладельцы могут получить до 10 тыс. фунтов стерлингов по программе Green Homes Grant, чтобы улучшить энергоэффективность своих домов. Месторождение золота Чудное в нацпарке «Югыд ва», которое чиновники снова хотят отдать в разработку, завалено металлоломом. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей сред...
Окрестности села Сараса располагаются в предгорье Алтайских гор, на отрогах Семинского хребта, в долине реки Сараса.  С обеих сторон к селу прилегает  около десяти логов. Среди них самый крупный и разнообразный в природном плане  - Лог Арбанак.   Протянулся в длину на 6 км. Название лога связано с фамилией первопоселенцев данной местности. Изначально именовался как Арбанаков лог. А затем осталась сокращённая форма названия – Арбанак. Южные склоны лога круче, чем...
14 октября – День работника заповедного дела. Активисты Гринпис спустили последние валуны на отмель Доггер-Банк в Северном море для предотвращения донного траления, уничтожающего местные экосистемы. Шпалы из древесины хвойных пород внесут в перечень стратегически важных товаров и ресурсов. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и ин...
22 октября — Международный день без бумаги.  Даже две тысячи лет назад людям нравилось рисовать котиков. Как сделать борьбу за сохранение окружающей среды максимально результативной. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста 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 текущий день.  Дайджест за 21 октября 2020 года.  ...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
1 год 15 недель назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 201,589 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

4 года 28 недель назад
martaka maminov
martaka maminov аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 201,589 |

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

4 года 40 недель назад
Глеб савельев
Глеб савельев аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 201,589 |

нужна схема пещер с измерениями

4 года 43 недели назад
Ольга Волобуева
Ольга Волобуева аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 201,589 |

если Вы обладаете информацией , как составить топокарту пещеры, пишите нам. Очень нужна помощь в составлении паспорта объекта

1 год 48 недель назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 7,078 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

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

размешен 23.11.20 | Тип: Статью

23 ноября отмечается Международный день акварели. В труднодоступных лесах Мьянмы группа ученых нашла новый вид обезьян. Повышение температуры и засухи, вызванные изменением клима...

размешен 23.11.20 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 22.11.20 | Тип: Статью

21 ноября – день учреждения заказника «Красный Яр» в Иркутской области, там сейчас раздолье для косуль, изюбрей и волчат. Санкт-Петербург находится на грани мус...

размешен 22.11.20 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...

размешен 22.11.20 | Тип: Статью

Только не подумайте ничего плохого, это название статьи означает лишь обмен опытом. А каким опытом и с кем меняться, узнаете прочитав её.
Само название нашего нынешнего эк...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал