Вплив атомних електростанцій на довкілля
На сьогодні у світі працює близько 400 атомних електростанцій (АЕС). Вони забезпечують майже 10% енергії, що виробляється на Землі.
В Україні атомні електростанції займають провідне місце, виробляючи близько 45% електроенергії. Проте їхня експлуатація пов'язана з низкою екологічних проблем. До них можна віднести: утилізацію радіоактивних відходів; великі об'єми теплових забруднень; виробництво та розповсюдження ядерної зброї.
У процесі роботи на атомних електростанціях використовують як паливо радіоактивні елементи - уран, торій і плутоній. Отримання енергії базується на реакціях радіоактивного розпаду елементів, що відбувається в реакторах. Проте після використання паливні відходи досить радіаційні і небезпечні для всього живого, тому потребують тисячолітньої ізоляції для остаточного розпаду. На сьогодні немає прийнятої екологічної програми утилізації радіоактивних відходів у будь-якій формі.
Серйозний вплив атомних електростанцій на навколишнє середовище виявляється у регіональних змінах кліматичних умов у зв'язку з концентрацією великих обсягів теплових викидів на порівняно невеликих територіях.
Іншим небезпечним явищем, пов'язаним із діяльністю атомних електростанцій, є виробництво і розповсюдження ядерної зброї.
Унаслідок продукування атомної енергії неминуче виникає плутоній. Він міститься у відпрацьованому ядерному паливі. З кульки плутонію розміром з тенісний м'ячик можна зробити атомну бомбу, що здатна знищити тисячі людей.
Вплив на довкілля гідроелектростанцій
Будівництво гідроелектростанцій, як правило, не тільки забезпечує виробництво електроенергії, а завдяки наявності водосховища сприяє вирішенню багатьох важливих народногосподарських завдань, пов'язаних із водопостачанням, зрошуванням, судноплавством, розвитком рибного господарства і рекреації.
Проте будівництво гідроелектростанцій і створення водосховищ теж негативно впливає на навколишнє середовище, а саме:
- спостерігається зміна гідрологічного режиму;
- руйнування берегів;
- затоплення значних площ земель.
При створені водосховищ зміна гідрологічного режиму пов'язана із формуванням так званої зони підтоплення внаслідок підняття рівня ґрунтових вод.
Діяльність хвиль водосховища призводить до руйнування берегів. А в зону руйнування берегів можуть потрапити населені пункти, сільськогосподарські угіддя, різні підприємства, що може негативно позначитись на стані водного середовища.
При будівництві водосховищ на рівнинних ріках, заповнення їх супроводжується затопленням значних площ сільськогосподарських угідь та інших земель. Це приводить до зростання органіки у водосховищах та інтенсивного процесу їх евтрофікації.
Альтернативні джерела енергії
Зменшення запасів паливних корисних копалин стимулює пошук ефективних способів використання альтернативних джерел енергії.
До альтернативних джерел енергії належать:
- сонячна енергія,
- геотермальна,
- енергія вітру,
- припливів,
- морських хвиль і океану,
- тверда біомаса і тваринні продукти,
- газ із біомаси,
- муніципальні відходи,
- промислові відходи.
Екологічні аспекти нетрадиційної енергетики
Характерні види впливів на навколишнє середовище альтернативних джерел енергії.
Сонячна енергія
Сонячні промені щорічно приносять на Землю у 20000 разів більше енергії, ніж ми споживаємо.
Сонячні системи тепло- і водопостачання є найпоширенішими з альтернативних джерел енергії на сьогодні як у індустріальних, так і в країнах, які розвиваються. У світі обладнано понад 30 млн м2 сонячних колекторів для гарячого водопостачання. Дві третини їх припадає на Європейський Союз. Наприклад, у Австрії, згідно із статистичними даними, кожен четвертий мешканець має 1 м2 сонячного колектора. А в Ізраїлі жоден новий будинок не буде прийнято в експлуатацію, поки на даху не буде змонтовано систему сонячного гарячого водопостачання. Проте використання сонячної енергії пов'язано з деякими екологічними проблемами, по-перше, потреба у порівняно великій кількості площ, по-друге, виробництво геліоелементів пов'язано з небезпечним забрудненням водного і повітряного басейнів, по-третє, для виробництва фотоелементів використовуються сполуки миш'яку, селену, сурми, кадмію та інших токсичних хімічних елементів, по-четверте, для виробництва дзеркал використовують сполуки ртуті.
Енергія вітру
Сила вітру - це одне з найдавніших джерел енергії, що використовується людством. Ще за 3500 років до н. е. мореплавці використовували силу вітру, щоб йти під вітрилами. На Середньому Сході, у Персії, близько 200 року до н. е. почали застосовувати вітряні млини для перемелювання зерна.
Швидке зростання вітроенергетичної галузі довело всьому світові, що використання енергії вітру має великі перспективи, оскільки не викидає в атмосферу чи у водойми шкідливих речовин, не утворює внаслідок експлуатації ніяких шкідливих викидів.
Проте основними чинниками впливу вітроенергетики на навколишнє середовище є вилучення земельних територій, шумові ефекти, висока металоємність вітроенергетичних установок і загибель перелітних птахів.
Біоенергетика
Щорічно на Землі за допомогою фотосинтезу утворюється близько 120 млрд тонн сухої органічної речовини, або біомаси, що енергетично еквівалентно понад 40 млрд тонн нафти.
Біомаса, Біологічна маса є ефективним поновлювальним джерелом енергії. Ресурси біомаси в різних видах є майже в усіх регіонах світу. На сучасному рівні за рахунок біомаси можна покрити 6-10% від загальної кількості енергетичних потреб промислово розвинутих країн.
Біомаса поділяється на первинну (рослини, тварини, мікроорганізми) і вторинну (відходи від переробок первинної біомаси і продуктів життєдіяльності людини і тварин).
Для виробництва теплової або електричної енергії біомасу можна просто спалювати, щоправда у спеціальних печах, щоб уникнути шкідливих викидів у атмосферу. Насамперед це стосується відходів деревини, соломи, побутових відходів тощо.
Біомаса, передусім у вигляді деревного палива, є основним джерелом енергії приблизно для 2 млрд людей. Для більшості мешканців сільських районів "третього світу" це єдине доступне джерело енергії. Біомаса як джерело енергії відіграє найважливішу роль і в розвинутих країнах. У цілому вона продукує сьому частину світового обсягу палива, а за кількістю отриманої енергії посідає, поряд із природним газом, третє місце. З біомаси одержують у чотири рази більше енергії, ніж дає ядерна енергетика.
У країнах Європейського Союзу частка енергії біомаси становить понад 60% від загального виробництва енергії поновлювальних джерел. У деяких країнах використання біомаси значно перевищує середньоєвропейські показники. Так, у США її частка становить 3,2%; у Данії - 6%; в Австрії - 12%; у Швеції - 18%; у Фінляндії - 23%. Відповідно до програми розвитку поновлювальних джерел енергії у країнах Європейського Союзу у 2010 р. біомаса буде покривати близько 74% загального внеску поновлювальних джерел енергії, що становитиме близько 9% споживання первинних енергоносіїв.
Загальні ресурси біомаси в Європі (у млн т сухої маси/рік) такі: деревного палива - 75; деревних відходів - 70; сільськогосподарських відходів - 250; міського сміття - 75.
Крім того, біомаса, що вирощується на енергетичних плантаціях, становить 250 млн тонн/рік.
З біомаси можна одержувати біогаз, використовуючи для цього сільськогосподарські й побутові відходи, виробляти етиловий спирт для отримання моторного палива.
Україна має досить великий потенціал біомаси, придатної для одержання енергії. Біомаса (без частки, що використовується іншими секторами економіки) може забезпечити близько 10-17 млн тонн умовного палива на рік, або 5,8% загальної потреби в енергії. Використання такої кількості біомаси еквівалентно збільшенню вітчизняного видобутку палива на 20%.
Біогаз. У нетрадиційній енергетиці особливе місце займає переробка біомаси (органічних сільськогосподарських і побутових відходів) метановим бродінням з одержанням біогазу, що містить близько 70% метану, і знезаражених органічних добрив. Процес анаеробного бродіння відбувається в спеціальних реакторах, об-лаштованих і керованих таким чином, щоб забезпечити максимальне виділення метану. Надзвичайно важлива утилізація біомаси в сільському господарстві, де на різні технологічні устаткування витрачається велика кількість палива і безупинно росте потреба у високоякісних добривах. Зараз у світі запроваджено близько 60 різновидів біогазових технологій.
Біогаз використовують для освітлення, опалення, приготування їжі, для приведення в дію механізмів, транспорту, електрогенераторів.
Науковці підрахували, що річна потреба в біогазі для опалення житлового будинку становить близько 45 м3 на 1 м2 житлової площі; добове споживання для зігрівання води на 100 голів великої рогатої худоби - 5-6 м3. Споживання біогазу при сушінні сіна вологістю 40% дорівнює 100 м3/т; зерна - 15 мг'/т; для одержання 1 кВтгод електроенергії - менше 1 м3.
В Україні тільки на великих свинофермах і птахофабриках щорічно утворюється понад 3 млн тонн органічних відходів у перерахунку на суху речовину, переробка яких дасть змогу одержати близько 1 млн тонн умовного палива у вигляді біогазу, що еквівалентно 8 млрд кВт o год електроенергії.
Використання біомаси і транспортне забруднення. У зв'язку з необхідністю різкого зменшення шкідливого впливу автотранспорту на довкілля було звернено увагу на використання в цій сфері біомаси і визначено кілька напрямів щодо заміни екологічно небезпечного бензину на екологічно чисте пальне.
У Бразилії розроблено програму використання етанолу як альтернативного пального, що замінює до 22% (за обсягом) бензину. Етанол одержують у результаті переробки спеціально вирощеного очерету. Понад 7% реалізованого бензину містить 10% добавки етанолу, і 80% автопарків цієї країни використовують цю добавку.
У США також реалізується велика програма заміни бензинового пального етанолом, який одержують шляхом переробки надлишків кукурудзи й інших зернових культур. Використання спирту як пального запроваджено й у деяких європейських країнах, зокрема, у Франції і Швеції.
В Україні проблема заміни бензину спиртом поки що не розглядалася. Вивчається можливість вирощування рапсу в районах, заражених радіоактивними елементами, з метою одержання рапсової олії для використання її як пального в дизельних двигунах.
Отже, біоенергія - це відновна енергія, що не збільшує концентрації вуглекислого газу в атмосфері. Правда, для виробництва біомаси потрібні досить великі площі. Але якщо вирубувати ліси швидше, ніж відбуватиметься їхній природний приріст, то навколишньому середовищу буде завдано значних збитків. Тому необхідно висаджувати якомога більше дерев.
Геотермальна енергія. Поняття "геотермальна енергія" дослівно означає "теплова енергія землі" (reo - земля, термальна - тепла). Основним джерелом цієї енергії є постійний потік тепла з надр Землі до її поверхні. Цього тепла досить, щоби розплавляти гірські породи під земною корою, перетворюючи їх на магму (її можна спостерігати на поверхні у вигляді лави). Значна частина магми залишається під землею і, подібно до печі, нагріває навколо породу. Коли підземні води стикаються з цим теплом, вони також досить сильно нагріваються - іноді до температури 371° СУ певних місцях, особливо по краях тектонічних плит материків, а також у так званих "гарячих точках", тепло підходить так близько до поверхні Землі, що його можна добувати за допомогою геотермальних свердловин.
Геотермальні електростанції створено на резервуарах сухої пари. Суха пара зі свердловини надходить у турбіну або генератор для вироблення електроенергії. Саме на такій станції вперше було отримано електроенергію.
На станціях іншого типу використовують геотермальні води температурою понад 193 °С. Вода природним чином підіймається вгору по свердловині, подається в сепаратор, де частина її кипить і перетворюється на пару. Пара спрямовується в генератор або турбіну і виробляє електрику. Це найбільш розповсюджений тип геотермальної електростанції.
Людина використовувала природну гарячу воду протягом століть з гігієнічною та медичною метою і навіть як джерело мінералів.
Геотермальне тепло широко застосовують у теплицях. У багатьох розвинутих країнах світу тут вирощують квіти й овочі навіть узимку. У теплицях, де використовується природне тепло землі, можна вирощувати різноманітні рослини - від синьо-зелених водоростей до пальм.
Геотермальна вода використовується в усьому світі для опалення лікарень і шкіл, житлових і виробничих приміщень. Нею також розтоплюють сніг на проїжджих частинах вулиць і тротуарах, забезпечують теплом виробничі процеси, обробляють харчові продукти.
Використання геотермального тепла. Теплу воду (до 80 °С) з глибоких (500-2000 м) свердловин використовують в Угорщині, Болгарії, Словаччині, Румунії, Польщі переважно в плавальних басейнах, теплицях і на курортах. У Польщі і Чеській республіці гаряча вода, багата мінеральними солями з кристалічних скель, використовується для лікувальних ванн як питна. Всесвітньо відомі води Чехії - Карлсбад і Марієнбад - популярні протягом вже 500 років.
У Франції гаряча вода використовується в районах Паризького й Аквитанського осадових басейнів (зі свердловини глибиною до 1800 м і температурою 45-80 °С) для обігріву 200 тис. будинків. Подібні басейни є в Бельгії, Німеччині, Данії, Нідерландах і Англії, де зараз випробовують опалювальні системи, подібні до французьких.
У США в галузі виробництва геотермальної електроенергії першим є штат Каліфорнія.
В Україні геотермальна енергія використовується як для зігрівання басейнів (Західна Україна), так і для гарячого водопостачання низки селищ у Криму.