Geum.ru

Программа курса "Охрана окружающей среды"

Вид материалаПрограмма курса
Экологические проблемы производства энергии
Экологические проблемы производства пищи
Подобный материал:
1   2   3   4
отходов производства (добыча полезных ископаемых, металлургия, машиностроение, строительная, пищевая индустрия, энергетика, транспорт) и отходов потребления (бытовые отходы, выбрасывание изделий, утративших товарную ценность). Эта проблема – порождение общего принципа использования вещества в техносфере, фактически без цикличности; соответственно, нельзя считать, что совершенствование систем очистки и захоронения отходов обеспечит гармонизацию техносферы и Биосферы.

Часто используемые термины «экологически чистое производство (или его продукт)», «замкнутые технологии» носят условный характер, ограниченный масштабами рассмотрения. Любое производство нуждается в исходных материалах, энергии, и производит товар, поступающий за пределы данного производства, но остающийся в рамках системы более крупного масштаба – Биосферы. С этих позиций техносфера является подсистемой Биосферы, а конкретное производство – подсистемой техносферы. По мере перехода к подсистемам меньшего порядка степень их закрытости (по веществу) и изолированности (по энергии) снижается. Это имеет место и в Биосфере, но в отличие от подсистем техносферы, отдельные экосистемы, популяции, организмы объединены общим циклическим характером вещественных превращений и ограничены в использовании энергии. Не отрицая необходимости снижения до минимума потребления сырья и энергии в сфере производства, ликвидации особо опасных отходов, не стоит переоценивать эффективность отдельных мероприятий; задача заключается в общем изменении принципов организации техносферы.

В.А.Коптюг выделяет 3 подхода к проблеме экологизации промышленности. Первый – «End-of-the-pipe” – традиционный подход очистки отходящих газов и сточных вод в конце технологического цикла до некоторых нормативов «безвредности» их прямого воздействия. Задачи химии на этом этапе сводились с нахождению способов извлечения отдельных нормируемых соединений при экономически оправданных затратах. Основные способы очистки отходящих газов: от пыли – электрофильтры, адсорбция (для полярных газов – на силикагеле, для неполярных – на активированном угле), абсорбция водными растворами с образованием малорастворимых соединений, каталитическое дожигание. Хотя в отдельных производствах достигнута высокая эффективность таких технологий по заданному компоненту, их действенность ограничена сложным составом отходящих газов, трудностями их улавливания, необходимостью применения последовательных методов для разных компонентов. Основные методы очистки сточных вод: осветление (коагуляция, флотация), ионный обмен, экстракция, отгонка летучих соединений, различные электрохимические методы (электролиз, в т.ч. на пористых углеграфитовых материалах, электродиализ, в т.ч. с селективными мембранами), каталитическое дожигание и ряд других. Во всех случаях практика очистки сталкивалась с ситуацией, когда наиболее эффективный процесс мог быть реализован для отдельного потока, но не для суммарного выброса. Поэтому от организации очистки итоговых выбросов все больше переходят к локальным системам, ориентированным на совмещение с конкретным технологическим участком. В сочетании с ориентацией на возврат выделенного продукта в данный технологический процесс или на получение товарного продукта стабильного состава, этот подход означает переход к более системному принципу организации производства (“Pollution Prevention Pays”). В.А.Коптюг отмечает, что в настоящее время наиболее развитые страны следуют этому подходу, требующему значительных начальных затрат, но позволяющему их окупать при снижении объема производственных отходов до 80 %.

Наиболее системным подходом, рассматриваемым не только как совершенствование технологий очистки, является подход “Cradle-to-Grave” («От рождения до гробовой доски»): производство того или иного вида товара согласуется с его переработкой после выведения из эксплуатации. В этом подходе уже на этапе разработки изделия предусматривается возврат затраченного вещества в форму исходного сырья, т.е. изменяются не только технологии, но и характер продукта, обеспечивается более замкнутое циклическое производство.

Необходимость экологизации промышленного производства следует рассматривать в сочетании с проблемами производства энергии и обеспечения пищей.

Экологические проблемы производства энергии. Уже сейчас в общем объеме производства энергии 39 % расходуется в промышленности, 31 % - на транспорте, 30 % - в жилищно-коммунальном хозяйстве и торговле. Т.о., основная потребность в энергии не связана с прямыми затратами на жизнеобеспечение, а определяется сложившимся уровнем социальных факторов. При этом  75% энергии получают при сжигании углеводородного сырья,  9 % - вклад гидроэнергетики,  16% - атомных электростанций. Оценки показывают, что альтернативные источники энергии (гелиоэнергетика, использование тепла Океана, энергии ветра, приливов, гидротермальных ресурсов) могут рассматриваться как имеющие локальное, но не глобальное значение. Увеличение производства энергии за счет сжигания углеводородного сырья, даже при замене угля (его запасы намного превосходят запасы нефти) на газ (доступные ресурсы которого резко возросли с открытием природных газ-гидратов) влечет поступление СО2 в атмосферу, вряд ли экологически приемлемо. Менее проблематичны перспективы ядерной энергетики, при решении острых проблем технологической безопасности и захоронения радиоактивных отходов. Однако имеется принципиальное ограничение дополнительного производства энергии в Биосфере, которое возрастает примерно вдвое каждые 15 лет. Уже сейчас оно соизмеримо с той частью энергии Солнца, которая не отражается в космос, а используется в фотосинтезе на производство биомассы (4 1013 Вт в единицах мощности) и обеспечивает функционирование всей системы живых организмов и, следовательно, поддержание параметров химического состава. Это количество энергии компенсируется ее поступлением из недр Земли (3,2 1013 Вт). Дополнительное производство энергии в техносфере способно нарушить сложившийся радиационный баланс и функционирование Биосферы в целом.

Экологические проблемы производства пищи связаны не только с превращением все большей части естественных биогеоценозов в искусственные (что порождает нарушение функционирования природных систем), но и в бурном росте затрат энергии. Ниже приведены данные по затратам энергии (в кал) на получение 1 «пищевой» калории по разным видам сельскохозяйственного производства:

Примитивное земледелие < 0,05

Экстенсивн. выращ. картофеля 0,07 Интенсивное пр-во картофеля 0,3

кукурузы 0,2 кукурузы 0,5

риса 0,02-0,1 риса 0,15

пр-во яиц 0,6 2,5

охота и сбор даров природы 0,15

отгонное скотоводство 0,5

прибрежный лов рыбы 1 Лов рыбы в открытом море 13-15

пастбищное скотоводство 3 Интенсивное пр-во мяса 12

Как видно, получение животных белков сопряжено с значительной дотацией энергии. Следует обратить внимание на задачи расширения набора растительных продуктов, особенно содержащих достаточный набор белков, поскольку сейчас основную массу выращиваемой продукции дают 12-15 видов, а также создание химических средств «направленного» действия, обеспечивающих получение высоких урожаев и быстро разлагающихся в природных условиях на простые «безопасные» продукты. В этой связи понятен интерес к успехам «генной инженерии».

Таким образом, в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте, производстве энергии необходимы существенные изменения, затрагивающие не только способы, но и цели производства. Современные подходы к решению экологических проблем формируются на основе концепции LCA (Life Cycle Assessment) – совместного рассмотрения технологий циклического использования ресурсов, максимально соответствующих сохранению естественного функционирования природных экосистем.