4. Экологические проблемы, возникающие при использовании традиционных видов топлива

Среди передвижных источников загрязнения атмосферного воздуха наиболее агрессивным является автомобильный транспорт. Среднегодовое производство автомобилей на планете составляет около 25 млн. штук, а численность мирового автопар­ка равна 500 млн., из которых 400 млн. машин - легковые. Доля загряз­нений, вносимых в атмосферу автомобильным транспортом, уже превысила 50%.

В среднем один эксплуатируемый автомобиль в сутки выбрасывает 4 кг углекислого газа, оксиды азота, свинец, бензопирен, сажу и т. д. Всего состав отработавших газов двигателей включает до 200 компонентов.

Среди отраслей промышленности энергетический сектор, на долю которого приходится 30-35 % от всего объема выбросов, обуславливает наиболее значительный вклад в загрязнение атмосферы.

Количество образующихся загрязняющих веществ изменяется в за­висимости от процесса получения энергии, вида используемого топлива, его химического состава и других характеристик. Наиболее опасными загрязнителями атмосферы, которые выбрасываются в самых больших количествах, являются оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и другие соединения.

Одной из проблем является проблема изменения климата.

Средняя температура воздуха у поверхности Земли составляет 14,6 °С. Однако многолетние наблюдения метеорологов показывают, что в настоящее время климат изменяется в сторону потепления. Этот про­цесс связан с увеличением в атмосфере концентрации парниковых газов. К парниковым газам относят углекислый газ, метан, пары воды, оксиды азота, фреоны.

Основным газом, вызывающим парниковый эффект, является угле­кислый. Он подобно стеклу парника пропускает лучистую энергию Солнца к поверхности Земли, но задерживает исходящие от Земли ин­фракрасные (тепловые) лучи и, в результате, создает тепличный (парни­ковый) эффект. Повышение средней температуры планеты на 5 °С может вызвать таяние ледников и зон вечной мерзлоты, которое приведет к росту уров­ня Мирового океана, затоплению территорий островных и прибрежных государств, а также районов вечной мерзлоты.

Основным техногенным источником поступления углекислого газа в атмосферу является процесс сжигания органического топлива. В на­стоящее время только от тепловой энергетики в атмосферу поступает примерно 1 т углерода на человека в год, или около 6 млрд. т/год на зем­ном шаре. Прогнозируется, что в первой половине XXI в. выброс возрастет до 10 млрд. т/год. Климатологи крайне опасным считают выброс по­рядка 15-20 млрд. т/год.

В Республике Беларусь основным источником парниковых газов являются выбросы СО₂ от сжигания ископаемых топлив.

Так, согласно данным Национального доклада о Кадастре антропо­генных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом за 1990-2009 гг., в целом по стране отмечается существенное снижение выбросов парни­ковых газов в 2009 г. по сравнению с 1990 в СО₂-эквиваленте на 36,9 %. В эмиссиях парниковых газов без учета сектора «Землепользование, из­менения в землепользовании и лесное хозяйство» выбросы СО₂ состав­ляют 64,7 % (основной источник - энергетика), выбросы СН₄ - 17,0 (ос­новные источники - сельское хозяйство и отходы) и N₂0 - 18,3 %.

Проблема кислотных дождей

В процессе производственной деятельности промышленных пред­приятий, ТЭС и ТЭЦ, работы двигателей внутреннего сгорания в атмо­сферу выбрасываются диоксиды серы и азота. Соединяясь в тропосфере с парами воды, они превращают выпадающие дожди в слабые растворы кислот (рН 3—4). Самый кислый дождь с рН 2,4 (приблизительно соот­ветствует столовому уксусу) был зарегистрирован в Шотландии (г. Питлхорн).

Выпадение кислотных дождей приводит к засыханию лесов, закислению почв, водоемов, гибели рыбы, активному разрушению архитек­турных сооружений и металлических конструкций.

Проблему кислотных дождей часто относят к региональным, а не глобальным проблемам, т. е. характерным для отдельных регионов (не­сколько соседних стран), но не для всей планеты. Например, в Республи­ке Беларусь средний уровень кислотности дождей равен 5,5-6,0, хотя есть случаи, когда выпадали и более кислые осадки. Дело в том, что ос­новные производственные мощности в нашей стране в качестве топлива используют природный газ, который дает малое количество кислотных выбросов. Однако резкое увеличение численности автомобилей, а значит и их выбросов, увеличивает опасность появления кислотных дождей на территории нашей страны.

В европейском регионе проблема кислотных дождей стоит очень серьезно в Германии, Польше и отчасти в Украине, где имеются большие месторождения угля, которые используются в качестве дешевого энерге­тического источника. Дело в том, что уголь, а особенно бурый уголь, большие месторождения которого и находятся в Польше и Германии, при сжигании дает большое количество оксидов серы и азота. Поэтому боль­шое количество случаев выпадения кислотных дождей наблюдается имен­но в этих странах. Кроме того, в Северной Европе ветер имеет преимуще­ственно северо-восточное направление, поэтому основная часть кислот­ных осадков, образующихся над Польшей и Германией, выпадает в странах Прибалтики, над Балтийским морем и в Южной Швеции. Имен­но эти регионы и страдают больше всего от кислотных осадков. Частично кислотные дожди заносятся из Польши и на территорию нашей страны.

Локальные проблемы загрязнения атмосферы

фотохимический смог

Загрязнители, попадающие в атмосферу с выхлопными газами, ока­зывают разнообразное негативное воздействие на состояние окружаю­щей среды. Так, следует особо отметить факт фотохимического окисле­ния углеводородов под действием ультрафиолетового облучения в при­сутствии NO_х. Продукты этих окислительных реакций способствуют образованию так называемого фотохимического смога, обладающего раздражающим и слезоточивым действием для человеческого организма. Проявлению фотохимического смога также способствует наличие при­земного озона, образующегося при неполном сгорании топлива автомо­билей и загрязняющих выбросов предприятий. Поскольку озон (О₃) поч­ти в два раза тяжелее воздуха, он скапливается в придорожных полосах и низинах.

Отличительной особенностью фотохимического смога является то, что он проявляется на ярком солнечном свету, в отличие от смога Лон­донского типа, который возникает в условиях туманной погоды. Фото­химический смог может вызвать поражение дыхательных путей, рвоту, раздражение слизистой оболочки глаз и общую вялость. В ряде случаев в фотохимическом смоге могут присутствовать соединения азота, кото­рые повышают вероятность возникновения раковых заболеваний.

Двуокись углерода (СО₂)

СО₂, источником которого служит содержащийся в топливе углерод, является основным продуктом сгорания всех видов топливной биомассы. В целом, выброс СО₂ в атмосферу является нежелательным, поскольку СО₂ считается основной причиной, вызывающей парниковый эффект. Од­нако при сжигании древесной щепы количество выделяемого СО₂ не пре­вышает количества СО₂, которое было связано древесиной во время роста дерева. Также при сжигании щепы выделяется такое же количество СО₂, что и при разложении древесины, которое является основной альтернати­вой использованию древесины для производства энергии. Таким образом, древесное топливо считается нейтральным материалом по СО₂.

Оксиды азота

Выбросы N₂O образуются при полном окислении содержащегося в топливе азота. Хотя уровни выбросов N₂O по данным замеров на уста­новках, осуществляющих сжигание биомассы, являются очень низкими, эти выбросы в некоторой степени способствуют образованию парнико­вого эффекта из-за высокого коэффициента глобального потепления N₂Oи разрушению озона в атмосфере. Опасным симптомом является фото­химическое окисление углеводородов под действием ультрафиолетового облучения в присутствии NO_X. Продукты этих окислительных реакций способствуют образованию так называемого фотохимического смога, обладающего раздражающим и слезоточивым действием для человече­ского организма.

Диоксид серы (SO₂)

Бесцветный газ, основные источники поступления которого - сжи­гание угля и нефти, процессы горения на ТЭЦ, мусоросжигательных за­водах, в бытовых печах, лесные пожары. Значительная часть поступает с выбросами двигателей внутреннего сгорания.

Диоксид серы легко вступает в реакции с другими загрязняющими веществами с образованием SO₃, серной кислоты и сульфатов.

Высокие концентрации SO₂ вызывают серьезные повреждения рас­тительности. Происходит нарушение синтеза зеленого вещества листь­ев - хлорофилла. В результате на листьях появляются пятна и полосы, они приобретают бурую или желтую окраску. Как результат снижается продуктивность растений, замедляются темпы роста.

Одним из последствий выбросов SO₂ в атмосферу является гло­бальная проблема — кислотные дожди, пагубно влияющие на все живые организмы. Диоксид серы, как и продукты его превращения, в атмосфере активизирует процессы коррозии металлов. Под его воздействием раз­рушаются здания, текстильные изделия, металлы, кожа и т. д.

Хроническое воздействие умеренных доз SO₂ также отрицательно влияет на здоровье. Снижается сопротивляемость респираторным забо­леваниям, особенно у детей, осложняется течение сердечных и легочных заболеваний, падает иммунитет организма, усиливается общая утомляе­мость, учащаются приступы астматических заболеваний и т. д.

Несгоревшие углеводороды (С_ХН_У)

Метан (СН₄), являющийся газом прямого парникового действия, обычно рассматривается отдельно от других углеводородов. При сжига­нии биомассы он является важным посредником в преобразовании со­держащегося в топливе углерода в СО₂ и содержащегося в топливе водо­рода в Н₂О. Ряд углеводородов образуется в процессе переработки нефти и представляет собой серьезную угрозу для окружающей среды и здоро­вья населения. В частности к ним относятся циклические углеводороды, твердые вещества (сажа) и летучие органические соединения (ЛОС) и другие вещества. В составе ЛОС содержатся многие опасные соедине­ния, включая бензол, 1,3-бутадиен, формальдегид и др.