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
Экологические протесты в России и мире, общее у дельфинов и людей, деурбанизация у воробьев — 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 27 августа 2020 года.   ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ИНЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗВИТИЯ. КРИЗИСЫ. Представители концертных организаций обратил...
Коалиция общественных организаций выявила и зафиксировала многочисленные случаи загрязнения рек в Сибири и на Дальнем Востоке. Здесь практически повсеместно вооруженные тяжелой техникой старатели-золотодобытчики превращают живые реки в сточные канавы для промывки россыпного золота. Как сообщается в пресс-релизе Амурского филиала WWF,  по состоянию на 28 июля в Забайкальском и Хабаровском краях, Амурской и Еврейской автономной областях и на Камчатке выявлено 97 случаев загрязнения рек протя...
Госинспектор Кислухинского и Усть-Чумышского заказника (КГБУ «Алтайприрода») Сергей Байдуков вместе с отрядом «Караван» отправились на новый памятник природы «Голубцовские склоны», созданный в прошлом году. По поручению Министерства природных ресурсов и экологии Алтайского края участникам предстояло установить баннеры на границах особо охраняемой при родной территории (ООПТ). Почва на склонах оказалась очень плотной и твёрдой, приходилось долго выда...
Архитекторы мира за солнечные города             Современный город – «продукт» развития нашей техногенной цивилизации. Но, не вдаваясь в подробности теории и практики градостроительства, рисует город все-таки архитектор. И именно картинки архитектора и градостроителя, реализованные в бетоне, вносят вклад в 40% в негативные климатические изменения и деградацию экосистемы нашей планеты. Каждая новая жилая башня на месте сквера,...
07.09.20 | Птичий дом
Простейший способ прикоснуться к живой природе, а заодно и помочь ей – подготовить искусственные гнёзда для птиц уже сейчас, чтоб к весне перелётным птицам было, где вывести потомство, а зимующим укрыться от холода. Да и до чего же приятно наблюдать за такими соседями. Изготовьте и установите на природной территории в течение осени разнообразные искусственные гнездовья для птиц, помогите птичьему миру вывести ещё одно потомство, заготовьте для них корм, поддержав в трудный период. Участву...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
1 год 6 недель назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 198,453 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

4 года 19 недель назад
martaka maminov
martaka maminov аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 198,453 |

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

4 года 31 неделя назад
Глеб савельев
Глеб савельев аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 198,453 |

нужна схема пещер с измерениями

4 года 34 недели назад
Ольга Волобуева
Ольга Волобуева аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 198,453 |

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

1 год 40 недель назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 6,729 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

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

размешен 22.09.20 | Тип: Статью

Международный фотоконкурс «Живая природа Алтая» развивается с каждым годом, расширяя свои границы. В 2020 году он поддержан грантом Губернатора Алтайского края в сфере экологичес...

размешен 22.09.20 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...

размешен 22.09.20 | Тип: Статью

21 сентября — Международная Ночь летучих мышей. Более 60 процентов видов приматов находятся под угрозой исчезновения в основном из-за результатов деятельности человека. При...

размешен 21.09.20 | Тип: Новость

Более сотни ртутных ламп неизвестные выбросили в лесном массиве неподалеку от жилых домов.

О потенциально опасной свалке активистам ОНФ сообщили местные садо...

размешен 21.09.20 | Тип: Статью

Тигирекский заповедник продолжает работу над проектом «Разработка настольных игр об ООПТ Алтайского края...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал