ТОПЛИННО ЗАМЪРСЯВАНЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОСЛЕДИЦИ, ПРИМЕРИ - ОКОЛЕН СВЯТ - 2025

На термично замърсяване се случва, когато някои фактор причинява нежелани или вредни промяна в температурата на околната среда. Околната среда, която е най-засегната от това замърсяване, е водата, но тя също може да повлияе на въздуха и почвата.

Средната температура на околната среда може да бъде променена както от естествени причини, така и от човешки действия (антропогенни). Естествените причини включват невъзбудени горски пожари и вулканични изригвания.

Температура на земната повърхност. Източник:

Сред антропогенните причини са генерирането на електрическа енергия, производството на парникови газове и промишлените процеси. По същия начин допринасят и хладилните и климатичните системи.

Най-подходящото явление за термично замърсяване е глобалното затопляне, което предполага повишаване на средната планетарна температура. Това се дължи на така наречения парников ефект и нетния принос на остатъчната топлина от хората.

Дейността, която генерира най-много топлинно замърсяване, е производството на електроенергия от изгарянето на изкопаеми горива. Изгарянето на въглища или нефтопродукти дифундира топлината и произвежда CO2, основния парников газ.

Топлинното замърсяване причинява физически, химични и биологични промени, които имат отрицателно въздействие върху биоразнообразието. Най-подходящото свойство на високите температури е неговата каталитична сила и включва метаболитните реакции, които се случват в живите организми.

Живите същества се нуждаят от условия с определена амплитуда на изменение на температурата, за да оцелеят. Поради тази причина всяка промяна на тази амплитуда може да означава намаляване на популациите, миграцията им или тяхното изчезване.

От друга страна, топлинното замърсяване пряко влияе върху здравето на човека, причинявайки изтощение на топлина, топлинен шок и влошава сърдечно-съдовите заболявания. Освен това глобалното затопляне причинява тропическите заболявания да разширяват своя географски обхват на действие.

Предотвратяването на термичното замърсяване изисква промяна на режимите на икономическо развитие и навиците на съвременното общество. Това от своя страна предполага прилагането на технологии, които намаляват топлинното въздействие върху околната среда.

Тук са представени някои примери за термично замърсяване, като атомната електроцентрала Санта Мария де Гароня (Бургос, Испания), която работеше между 1970 и 2012 г. Тази електроцентрала изхвърля гореща вода от охладителната си система в река Ебро, повишавайки естествената си температура с до 10 ºC.

Друг характерен случай на термично замърсяване се осигурява от използването на климатични устройства. Разпространението на тези системи за намаляване на температурата увеличава температурата на град като Мадрид с до 2 ° C.

И накрая, положителният случай на компания за производство на маргарин в Перу, която използва вода за охлаждане на системата и получената топла вода се връща в морето. Така те успяха да спестят енергия, вода и да намалят приноса на топлата вода за околната среда.

характеристики

- Топлинно и термично замърсяване

Топлинното замърсяване се получава от преобразуването на други енергии, тъй като цялата енергия, когато се разполага, генерира топлина. Това се състои в ускоряването на движението на частиците на средата.

Следователно топлината е пренос на енергия между две системи, които са при различни температури.

температура

Температурата е количество, което измерва кинетичната енергия на една система, тоест средното движение на нейните молекули. Споменатото движение може да бъде преведено като газ или вибрации като в твърдо вещество.

Тя се измерва с термометър, от който има различни видове, като най-често срещаният е дилатационният и електронният.

Термометърът за разширяване се основава на коефициента на разширение на определени вещества. Тези вещества, когато се нагряват, се разтягат и тяхното покачване отбелязва градуирана скала.

Електронният термометър се основава на преобразуването на топлинната енергия в електрическа енергия, преведена в числова скала.

Най-често използваната скала е тази, предложена от Андерс Целзий (ºC, градуси по Целзий или по Целзий). В него 0 ºC съответства на точката на замръзване на водата и 100 ºC на точката на кипене.

- Термодинамика и термично замърсяване

Термодинамиката е отрасъл на Физиката, който изучава взаимодействията на топлината с други форми на енергия. Термодинамиката обмисля четири основни принципа:

- Два обекта с различна температура ще обменят топлина, докато достигнат равновесие.

- Енергията не е нито създадена, нито унищожена, а само се преобразува.

- Една форма на енергия не може да се трансформира напълно в друга без загуба на топлина. А топлинният поток ще бъде от най-горещата среда до най-малко горещата, никога обратното.

- Не е възможно да се достигне температура, равна на абсолютна нула.

Тези принципи, прилагани при термичното замърсяване, определят, че всеки физически процес генерира пренос на топлина и произвежда топлинно замърсяване. Освен това, тя може да бъде получена или чрез повишаване или намаляване на температурата на средата.

Счита се, че повишаването или намаляването на температурата замърсява, когато надхвърля жизнените параметри.

- Витална температура

Температурата е един от основните аспекти за възникването на живота, както го познаваме. Диапазонът на температурни колебания, който позволява по-голямата част от активния живот, варира от -18ºC до 50ºC.

Живите организми могат да съществуват в латентно състояние при температури от -200 ° С и 110 ° С, но те са редки случаи.

Термофилни бактерии

Определени така наречени термофилни бактерии могат да съществуват при температури до 100ºC, стига да има течна вода. Това състояние възниква при високо налягане на морското дъно в райони на хидротермални отвори.

Това ни казва, че дефиницията на термичното замърсяване в среда е относителна и зависи от естествените характеристики на средата. По същия начин той е свързан с изискванията на организмите, които обитават дадена зона.

Човешко същество

При хората нормалната телесна температура варира от 36,5ºC до 37,2ºC, а хомеостатичният капацитет (за компенсиране на външни изменения) е ограничен. Температури под 0 ° C за дълги периоди и без изкуствена защита причиняват смърт.

По същия начин температурите над 50 ºC постоянно се компенсират много трудно в дългосрочен план.

- Термично замърсяване и околната среда

Във водата термичното замърсяване има по-непосредствен ефект, тъй като тук топлината се разсейва по-бавно. Във въздуха и на земята топлинното замърсяване има по-малко силни ефекти, тъй като топлината се разсейва по-бързо.

От друга страна, в малки райони капацитетът на околната среда да разсейва големи количества топлина е много ограничен.

Каталитичен ефект на топлината

Топлината има каталитичен ефект върху химичните реакции, тоест ускорява тези реакции. Този ефект е основният фактор, чрез който топлинното замърсяване може да има отрицателни последици за околната среда.

По този начин, няколко градуса разлика в температурата могат да предизвикат реакции, които в противен случай не биха възникнали.

Причини

- Глобално затопляне

Земята е преминала през цикли на високи и ниски средни температури през цялата си геоложка история. В тези случаи източниците на повишаване на температурата на планетата са от естествено естество като слънцето и геотермалната енергия.

В момента процесът на глобалното затопляне е свързан с дейностите, извършвани от хората. В този случай основният проблем е намаляването на скоростта на разсейване на споменатата топлина към стратосферата.

Това се дължи главно на емисиите на парникови газове от човешката дейност. Те включват промишлеността, автомобилния трафик и изгарянето на изкопаеми горива.

Глобалното затопляне представлява днес най-големият и опасен процес на термично замърсяване, който съществува. Освен това топлинната емисия от глобалното използване на изкопаеми горива добавя допълнителна топлина към системата.

- Термоелектрически централи

Термоелектрическата централа е промишлен комплекс, предназначен за производство на електроенергия от гориво. Споменатото гориво може да бъде изкопаеми (въглища, нефт или производни) или радиоактивен материал (например уран).

Ендеса като Понтес ТЕЦ (Испания). Източник: Изображение предоставено от ☣Banjo

Тази система изисква охлаждане на турбините или реакторите и за тази вода се използва. В последователността на охлаждане се извлича голям обем вода от удобен, студен източник (река или море).

Впоследствие помпите го принуждават през тръби, които са заобиколени от горещата отработена пара. Топлината преминава от парата в охлаждащата вода, а загрятата вода се връща към източника, като извежда излишната топлина в естествената среда.

- Горски пожари

Горските пожари са често срещано явление днес, тъй като в много случаи са причинени пряко или косвено от хора. Изгарянето на големи горски маси пренася огромни количества топлина главно във въздуха и земята.

- Климатици и хладилни системи

Климатичните устройства не само променят температурата на закритата площ, но също така причиняват дисбаланси във външната зона. Например климатиците разсейват навън 30% повече от топлината, която отделят отвътре.

Според Международната агенция по енергетика в света има около 1600 милиона климатика. По същия начин хладилниците, хладилниците, мазетата и всяко оборудване, предназначено за понижаване на температурата в затворена зона, генерират термично замърсяване.

- Индустриални процеси

Всъщност всички процеси на промишлена трансформация включват пренос на топлина в околната среда. Някои отрасли правят това с особено високи темпове, като втечняване на газ, металургия и производство на стъкло.

Втечнени газове

Промишлеността за регазификация и втечняване на различни промишлени и медицински газове изисква хладилни процеси. Тези процеси са ендотермични, тоест абсорбират топлина, охлаждайки околната среда.

За това се използва вода, която се връща в околната среда при по-ниска температура от първоначалната.

металургичен

Доменните топилни пещи отделят топлина в околната среда, тъй като достигат температури над 1500 ºC. От друга страна, при процесите на охлаждане на материалите се използва вода, която отново навлиза в околната среда при по-висока температура.

Производство на стъкло

При процесите на топене и формоване на материала се достигат температури до 1600 ° C. В този смисъл топлинното замърсяване, генерирано от тази индустрия, е значително, особено в работната среда.

- Осветителни системи

Лампи с нажежаема жичка или прожектори и флуоресцентни лампи разсейват енергия под формата на топлина към околната среда. Поради високата концентрация на източници на осветление в градските райони, това се превръща в източник на значително топлинно замърсяване.

- Двигатели с вътрешно горене

Двигателите с вътрешно горене, като тези в автомобилите, могат да генерират около 2500 ° C. Тази топлина се разсейва в околната среда чрез охладителната система, по-специално чрез радиатора.

Като се има предвид, че стотици хиляди превозни средства циркулират ежедневно в един град, е възможно да се изведе количеството предавана топлина.

- Градски центрове

На практика един град е източник на топлинно замърсяване поради наличието в него на много от споменатите вече фактори. Градът обаче е система, чийто топлинен ефект образува топлинен остров в рамките на неговата околност.

Топлинни острови в Испания. Източник: Galjundi7

Албедо ефект

Албедо се отнася до способността на обект да отразява слънчевата радиация. Извън калоричния принос, който всеки елемент (автомобили, домове, индустрии) може да направи, градската структура проявява значителна синергия.

Например материалите в градските центрове (основно бетон и асфалт) имат ниско албедо. Това им причинява много горещо, което заедно с топлината, отделяна от активност в града, увеличава топлинното замърсяване.

Нетни приноси на градската топлина

Различни проучвания показват, че производството на топлина от човешки дейности през горещ ден в един град може да бъде много високо.

Например, в Токио има нетен вход на топлина от 140 W / m2, което се равнява на повишаване на температурата от приблизително 3 ° C. В Стокхолм нетният принос се изчислява на 70 W / m2, което се равнява на повишение на температурата с 1.5 ° C.

Последствия

- Промени във физическите свойства на водата

Повишаването на температурата на водата в резултат на топлинното замърсяване причинява физически промени в нея. Например, той намалява разтворения кислород и увеличава концентрацията на соли, като влияе върху водните екосистеми.

Във водни обекти, подложени на сезонни промени (зимно замръзване), добавянето на топла вода променя естествената скорост на замръзване. Това от своя страна се отразява на живите същества, които са се приспособили към тази сезонност.

- Въздействие върху биоразнообразието

Воден живот

В термоелектрическите системи за охлаждане на растенията излагането на високи температури предизвиква физиологичен шок за определени организми. В този случай са засегнати фитопланктонът, зоопланктонът, яйцата и ларвите на планктон, риби и безгръбначни.

Много водни организми, особено рибите, са много чувствителни към температурата на водата. При същия вид идеалният температурен диапазон варира в зависимост от температурата на аклиматизация на всяка конкретна популация.

Поради това температурните колебания причиняват изчезване или миграция на цели популации. По този начин изпускателната вода от термоелектрическа инсталация може да увеличи температурата с 7,5-11 ºC (сладка вода) и 12-16 ºC (солена вода).

Този топлинен шок може да доведе до бърза смърт или да предизвика странични ефекти, които влияят на оцеляването на популациите. Наред с други ефекти, нагряването на водата намалява разтворения кислород във водата, причинявайки хипоксични проблеми.

еутрофикацията

Това явление засяга сериозно водните екосистеми, дори предизвиква изчезването на живота в тях. Тя започва с разпространението на водорасли, бактерии и водни растения в резултат на изкуствения принос на хранителни вещества във водата.

С увеличаването на популациите на тези организми те консумират разтворен кислород във водата, причинявайки смъртта на риби и други видове. Повишаването на температурата на водата допринася за еутрофикацията, като намалява разтворения кислород и концентрира соли, благоприятствайки растежа на водорасли и бактерии.

Земният живот

При въздуха отклоненията в температурата влияят на физиологичните процеси и поведението на видовете. Много насекоми намаляват своята плодовитост при температури над определени нива.

По същия начин растенията са чувствителни към температурата за своя цъфтеж. Глобалното затопляне кара някои видове да разширяват своя географски обхват, докато други смятат, че това е ограничено.

- Човешко здраве

Топлинен удар

Необичайно високите температури влияят на човешкото здраве и може да се получи така нареченият термичен шок или топлинен удар. Това се състои в остра дехидратация, която може да причини парализа на различни жизненоважни органи и дори да доведе до смърт.

Топлинните вълни могат да причинят стотици и дори хиляди хора, както в Чикаго (САЩ), където през 1995 г. загиват приблизително 700 души. Междувременно топлинните вълни в Европа между 2003 и 2010 г. са причинили смъртта на хиляди хора.

Сърдечно-съдови заболявания

От друга страна, високите температури влияят негативно на здравето на хората със сърдечно-съдови заболявания. Тази ситуация е особено сериозна в случаите на хипертония.

Внезапни промени в температурата

Внезапните колебания в температурата могат да отслабят имунната система и да направят тялото по-податливо на респираторни заболявания.

Хигиена и работна среда

Топлинното замърсяване е фактор за здравето на работното място в някои отрасли, например металургията и стъкларството. Тук работниците са подложени на силна топлина, която може да причини сериозни здравословни проблеми.

Въпреки че очевидно се вземат мерки за безопасност, термичното замърсяване е значително. Условията включват изтощение на топлина, топлинен шок, изключително излъчени топлинни изгаряния и проблеми с плодовитостта.

Тропически болести

Увеличаването на глобалната температура води до това, че болестите, досега ограничени до определени тропически райони, разширяват своя радиус на действие.

През април 2019 г. в Амстердам се проведе 29-ият Европейски конгрес по клинична микробиология и инфекциозни заболявания. В този случай беше посочено, че заболявания като чикунгуня, денга или лейшманиоза могат да се разпространят в Европа.

По същия начин енцефалитът, пренесен от кърлежи, може да бъде засегнат от едно и също явление.

Как да го предотвратим

Целта е да се намали нетният принос на топлината за околната среда и да се предотврати задържането на произведената топлина в атмосферата.

- Използване на по-ефективни енергийни източници и технологии за производство на електроенергия

Енергиен източник

Термоелектрическите централи причиняват най-голям принос на топлинното замърсяване по отношение на нетния топлопренос в атмосферата. В този смисъл за намаляване на топлинното замърсяване е от съществено значение да се заменят изкопаемите горива с чисти енергии.

Процесите на производство на слънчева, вятърна (вятърна) и водноелектрическа (водна) енергия правят много ниски остатъчни количества топлина. Същото се случва и с други алтернативи като вълнова енергия (вълни) и геотермална (топлина от земята),

технологии

Термоелектрическите централи и индустрии, чиито процеси изискват охлаждащи системи, могат да използват системи със затворен контур. Механичните системи за дифузия на топлина също могат да бъдат включени, за да помогнат за намаляване на температурата на водата.

- Когенерация

Когенерацията се състои от едновременно производство на електрическа енергия и полезна топлинна енергия като пара или гореща вода. За това са разработени технологии, които позволяват да се оползотворява и да се възползва от отработената топлина, генерирана в промишлени процеси.

Например проектът INDUS3ES, финансиран от Европейската комисия, разработва система, основана на „топлинен трансформатор“. Тази система е способна да абсорбира остатъчна топлина от ниска температура (70 до 110 ºC) и да я връща на по-висока температура (120-150 ºC).

Други измерения на производството на енергия

По-сложните системи могат да включват други измерения на производството или трансформацията на енергия.

Сред тях имаме тригенерация, която се състои от включване на охлаждащи процеси в допълнение към производството на електричество и топлина. Освен това, ако механичната енергия се генерира допълнително, говорим за тетрагенерация.

Някои системи са CO2 капани, в допълнение към производството на електричество, топлинна и механична енергия, в този случай говорим за четири поколения. Всички тези системи също допринасят за намаляване на емисиите на CO2.

- Намаляване на емисиите на парникови газове

Тъй като глобалното затопляне е феноменът на термичното замърсяване с най-голямо въздействие върху планетата, е необходимо неговото смекчаване. За да се постигне това, основното е да се намалят емисиите на парникови газове, включително CO2.

Намаляването на емисиите изисква промяна в модела на икономическо развитие, заместване на изкопаемите енергийни източници на чиста енергия. Всъщност това намалява емисиите на парникови газове и производството на отпадна топлина.

- Период на охлаждане с водно охлаждане

Алтернатива, използвана от някои термоелектрически централи, е изграждането на водохранилища. Неговата функция е да почива и охлажда водите, получени от охлаждащата система, преди да ги върне в естествения си източник.

Примери за термично замърсяване

Брейтън ТЕЦ (Съединени щати). Източник: Wikimaster97commons

АЕЦ Санта Мария де Гароня

Атомните електроцентрали произвеждат електрическа енергия от разлагането на радиоактивен материал. Това генерира много топлина, което изисква охлаждаща система.

Атомната електроцентрала Санта Мария де Гароня (Испания) беше инсталация за производство на електроенергия тип BWR (кипяща вода), въведена през 1970 г. Охлаждащата система използва 24 кубически метра вода в секунда от река Ебро.

Според първоначалния проект връщаните в реката отпадни води не биха превишавали 3 ° C по отношение на температурата на реката. През 2011 г. доклад на „Грийнпийс“, подкрепен от независима екологична компания, установи много по-големи повишения на температурата.

Водата в района на разлива достигна 24ºC (6,6 до 7ºC естествена речна вода). Тогава, на четири километра надолу от течението, той надхвърли 21 ° C. Заводът прекрати дейността си на 16 декември 2012 г.

Климатици в Мадрид (Испания)

В градовете има все повече и повече климатични системи за намаляване на околната температура през горещия сезон. Тези устройства работят, като извличат горещ въздух отвътре и го разпръскват отвън.

По принцип те не са високоефективни, така че разсейват дори повече топлина отвън, отколкото извличат отвътре. Следователно тези системи са важен източник на топлинно замърсяване.

В Мадрид наборът от климатични устройства, присъстващи в града, повишава температурата на околната среда до 1,5 или 2 ºC.

Положителен пример: завод за производство на маргарин в Перу

Маргаринът е заместител на маслото, получено чрез хидрогениране на растителни масла. Хидрогенирането изисква насищане на растително масло с водород при високи температури и налягане.

Този процес изисква охлаждаща система на водна основа за улавяне на генерираната отпадъчна топлина. Водата абсорбира топлината и повишава температурата си, след което се връща в околната среда.

В перуанска компания за производство на маргарин, поток гореща вода (35ºC) причинява термично замърсяване в морето. За да противодейства на този ефект, компанията внедри когенерационна система, базирана на затворен охладителен кръг.

Чрез тази система беше възможно повторното използване на горещата вода за предварително загряване на водата, която влиза в котела. По този начин бяха спестени вода и енергия и потокът от гореща вода към морето беше намален.

Препратки

1. Burkart K, Schneider A, Breitner S, Khan MH, Krämer A и Endlicher W (2011). Ефектът от атмосферните термични условия и градското термично замърсяване върху общопричината и сърдечно-съдовата смъртност в Бангладеш. Замърсяване на околната среда 159: 2035–2043.
2. Coutant CC и Brook AJ (1970). Биологични аспекти на термично замърсяване I. Ефекти на каналите за заустване и заустване ∗. Критични рецензии на CRC в екологичния контрол 1: 341–381.
3. Davidson B и Bradshaw RW (1967). Термично замърсяване на водните системи. Наука и технологии за околната среда 1: 618–630.
4. Dingman SL, Weeks WF и Yen YC (1968). Влиянието на топлинното замърсяване върху речните ледове. Изследване на водните ресурси 4: 349–362.
5. Galindo RJG (1988). Замърсяване в крайбрежните екосистеми, екологичен подход. Автономен университет в Синалоа, Мексико. 58 стр.
6. Проект Indus3Es. (Вижда се на 12 август 2019 г.). indus3es.eu
7. Nordell B (2003). Топлинното замърсяване причинява глобално затопляне. Глобална и планетарна промяна 38: 305–12.