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
По количеству официально учитываемых разливов РФ сравнима только с Нигерией (при этом в Нигерии разливы в основном вызваны вандализмом, а не коррозией).  У большинства других иностранных нефтедобывающих компаний один разлив приходится на значительно меньший объём добытой нефти, чем в России,—различие составляет от 5 до 20 раз. Одним из основных источников пополнения федерального бюджета в России являются доходы, полученные от продажи ископаемых углеводородов—природного газа, доб...
По многим параметрам выбросов в атмосферу Россия выглядит, мягко говоря, не очень хорошо по сравнению с большинством стран Европейского союза и близлежащих  стран. В частности, масса ряда выбрасываемых в воздух веществ в России в последние годы или растёт, или практически не снижается, в то время как в других странах  ситуация обратная—выбросы в большинстве случаев сокращаются. В целом сравнение показывает крайне высокую экологическую цену российской экономики. Из-за разных подхо...
Активисты регионального отделения ОНФ в Москве на базе столичного Экоцентра «Воробьевы горы», подведомственного Департаменту природопользования и охраны окружающей среды Москвы, представили собственно разработанную методичку по раздельному сбору отходов для школьников младших и средних классов – «Что делать с мусором?». Ее цель – научить детей, а с ними и родителей, правильно сортировать отходы. Эти знания станут особенно необходимыми, когда в Москве с 1 январ...
«Протест действием»: как организовать и провести публичную акцию. Митинги и пикеты – простой и эффективный способ выразить протест и привлечь внимание к его предмету со стороны широкой общественности и СМИ. Чиновники, как правило, болезненно реагируют на любую уличную активность (она портит их «рейтинг»), и бывает, что уже сам факт подачи уведомления об организации митинга становится для них понуждающим поводом начать диалог с недовольными гражданами. Но в то же вре...
Международный фестиваль зеленого документального кино ECOCUP представит новосибирцам фильмы своей специальной программы "Новая биосфера". ECOCUP — ежегодный международный фестиваль зеленого документального кино.  С 2010 года фестиваль ECOCUP привозит в Россию и страны СНГ самые интересные документальные фильмы из разных стран о том, что происходит на планете и с планетой, о людях и проектах, которые пытаются сделать мир лучше. В разные годы ECOCUP прошел в более чем...

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 2 недели назад
Екатерина Алтайская
Екатерина Алтайская аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 4,881 |

Добрый день, уважаемые форумчане! Я пишу статьи про ФККО, на самые злободневные темы. Предлагаю вам ознакомиться с последними материалами о...

3 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 4,881 |

Отзывы на гипотезу:­­

Викизнание: Обсуждение: Приливы_и_отлив­­ы
http:/.../goo.gl/JTHKlX
Википедия: Обсуждение: Прилив и...

3 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 4,881 |

Стоячие волны, и волны убийцы, полагаю ­результат деятельности водоворотов.
http:/.../goo.gl/vC3a3j
https:/.../goo.gl/nR1WNZ...

3 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 4,881 |

Причиной вертикальньного перемещения ок­еанических вод также является прецессия ­водоворотов. В природе нет суеты и если ­прецессия водоворо...

3 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 4,881 |

Схема движения приливной волны, по пери­­метру Североантлантического­ планетарно­г­о водоворота (съемка со­ спутника)
...

размешен 20.10.19 | Тип: Статью

19 октября произошла трагедия   на юге Красноярского края в поселке Щетинкино Курагинского района. В результате прорыва дамбы на технологическом водоеме золот...

размешен 20.10.19 | Тип: Статью

В России, несмотря на обещания на самом высоком уровне,  так и не приняты решения  запрещающие вылов китообразных для развлекательных целей. Вы можете помочь оста...

размешен 18.10.19 | Тип: Статью

По количеству официально учитываемых разливов РФ сравнима только с Нигерией (при этом в Нигерии разливы в основном вызваны вандализмом, а не коррозией).  У большинства други...

размешен 18.10.19 | Тип: Статью

Загрязнение атмосферного воздуха является одним из приоритетных факторов риска здоровью населения, связанного с окружающей средой. По данным Всемирной организации здравоохранения...

размешен 18.10.19 | Тип: Статью

Сложившаяся в России система принятия решений в области охраны окружающей  среды  нестабильна,  подвержена  персонифицированному  влиянию, крайне чувстви...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал